一种车辆服役周期内限界动态演变预测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种车辆服役周期内限界动态演变预测方法及系统，方法包括如下步骤：S100：获取车辆悬挂元件动力学参数的非线性特性，建立车辆

【技术实现步骤摘要】
一种车辆服役周期内限界动态演变预测方法及系统


[0001]本专利技术属于机车限界
，更具体地，涉及一种车辆服役周期内限界动态演变预测方法及系统。

技术介绍

[0002]传统的铁道车辆限界计算是根据《CJJ96》、《UIC505》等标准规定的公式以及各种随机量和非随机量进行几何计算，得到车辆轮廓点的包络线，以此方法得到车辆限界，计算结果比较保守，不能够精确确定车辆限界。随着车辆动力学的发展，利用车辆动力学计算车辆姿态，替代标准中的车辆一系位移、二系位移和车体位移等相关变量，再辅以标准规定的公式进行车辆动态包络线的计算，得到相对准确的车辆限界。
[0003]但铁道车辆的悬挂元件是由钢弹簧、橡胶、液压减振器等元件组成，这些悬挂元件由于产生制造等原因，其动力学参数是随机参数，符合某一类型的分布如正态分布；且车辆设计寿命一般以30年计，在整个服役周期，这些悬挂元件会产生老化，使得其力学动态特性产生变化，力学参数也随之改变，即悬挂元件动力学参数的分布参数也随着服役周期改变，在车辆服役一定时间后，悬挂元件刚度、阻尼产生变化，以最初始的力学参数所计算的车辆限界，将不再适合于服役后的车辆，若更换悬挂元件，其成本也较高。
[0004]为解决上述问题，专利CN 113312708 A公开了一种用于非线性悬挂系统的车辆限界计算方法、设备和介质。能够克服采用线性刚度参数计算弹簧侧滚参数时存在的误差，基于迭代算法求解悬挂系统的相对偏移量，能够获得高精度的悬挂系统的偏移量数据，进而提高了车辆限界校核的计算精度。但是它仅考虑非线性悬挂系统的偏移量，并未考虑悬挂系统老化造成相关参数改变的情况，对于车辆服役周期内限界的动态演化不能精确预测其变化量对车辆限界的影响，造成车辆超出限界，产生安全事故。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种车辆服役周期内限界动态演变预测方法及系统，建立包含悬挂元件动力学参数的非线性特性的车辆
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轨道耦合动力学模型，并考虑车辆悬挂元件的随机特性与悬挂元件的退化特性对所述动力学模型进行修正，获得车辆各截面控制点的随机动态偏移量和退化动态偏移量，并与车辆非悬挂元件的静态偏移量进行耦合预测车辆服役周期内车辆限界的动态演化规律，使得车辆运行限界的设置更加安全、经济、合理。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供一种车辆服役周期内限界动态演变预测方法，其特征在于，包括如下步骤：S100：获取车辆的一系弹簧、一系减振器、二系空气弹簧以及二系减振器之类悬挂元件动力学参数的非线性特性，建立车辆
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轨道耦合动力学模型，用于仿真模拟车辆在实际运营条件下悬挂元件的位移、速度、加速度之类的响应特性；S200：根据车辆悬挂元件的动力学参数分布特性确定其随机分布类型，选取符合
所述随机分布类型悬挂元件的动力学参数，修正所述车辆
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轨道耦合动力学模型，获取车辆各截面控制点的随机动态偏移量；S300：基于车辆悬挂元件的退化过程，获取不同车辆服役时间悬挂元件退化后的动力学参数，对S200修正后的车辆
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轨道耦合动力学模型进行退化过程修正，获取不同车辆服役时间各截面控制点的退化动态偏移量；S400：获取车辆静态轮廓的各截面控制点数据，基于S200和S300所述的车辆各截面控制点的随机动态偏移量和退化动态偏移量，得到符合车辆悬挂参数随机分布以及退化过程的车辆动态包络线线，最终获得车辆服役周期范围内限界动态演化规律。
[0007]进一步地，S100中，所述建立车辆
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轨道耦合动力学模型包括：S101：基于车辆自身各悬挂元件质量、转动惯量及结构参数，考虑悬挂元件动力学参数非线性特性，设置相应的线路条件、风载荷之类的外部边界条件，建立车辆动力学模型；S102：将悬挂元件考虑为柔性，引入柔性轨道及轨下基础，建立充分考虑车辆和轨道间耦合作用的车辆
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轨道耦合动力学模型；S103：通过仿真计算，得到时域下车辆的运动学姿态信息。
[0008]进一步地，S200中，考虑悬挂参数随机分布的车辆控制点动态偏移量计算过程，包括以下步骤：S201：根据车辆悬挂元件的动力学参数分布特性，确定不同工况下的悬挂元件的动力学参数，将悬挂元件的动力学参数输入至S100建立的车辆
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轨道耦合动力学模型中，对车辆
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轨道耦合动力学模型进行修正；S202：对修正后的车辆
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轨道耦合动力学模型进行仿真计算，获得车辆控制点的横、垂向位移，即为对应工况下车辆截面控制点的横、垂向随机动态偏移量；S203：将S202中不同工况下的计算结果汇总获得考虑悬挂元件的动力学参数随机分布条件下的不同工况车辆控制点随机动态偏移量。
[0009]进一步地，S400中，悬挂元件退化动态偏移量计算包括：S401：选取关于磨耗以及非悬挂元件制造、安装定位和维护误差之类的静态因素影响作为静态偏移量计算方法；S402：将车辆非悬挂元件的静态参数带入S301的方法并计算，获得要求车体截面位置处不同控制点对应的横、垂向静态偏移量，将其叠加到不同工况下动力学计算得到的随机动态偏移量和退化动态偏移量上，得到综合考虑各种因素下的控制点的横、垂向总偏移量；S403：将各控制点的横、垂向总偏移量叠加到对应的控制点坐标上，得到不同工况下车辆的动态包络线；S404：将上述不同工况下车辆动态包络线计算结果与其代表的悬挂元件的动力学参数分布情况和服役退化情况相对应，可以分析得到车辆服役周期范围内，车辆动态包络线的退化规律。
[0010]进一步地，所述随机分布类型为正态分布、伯努利分布、泊松分布、拉普拉斯分布中的一种。
[0011]进一步地，基于正态分布的随机动态偏移量计算包括如下步骤：
S205：基于悬挂元件动力学参数的正态分布，获得不同工况下悬挂元件动力学参数，修正S100建立的车辆
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轨道耦合动力学模型；S206：基于不同工况下悬挂元件动力学参数，修正后的车辆
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轨道耦合动力学模型通过仿真计算得到车辆截面控制点的横、垂向位移，即为对应工况下车辆截面控制点的横、垂向随机动态偏移量；S207：将S206中不同工况下的计算结果汇总获得考虑悬挂元件的动力学参数正态分布条件下的不同工况车辆控制点基于正态分布的随机动态偏移量。
[0012]进一步地，悬挂元件退化过程为wiener过程，基于wiener过程的退化动态偏移量计算包括：S301：根据车辆悬挂元件的动力学参数分布特性，确定不同工况下的悬挂元件的动力学参数，基于wiener过程，调整悬挂元件的动力学参数，得到悬挂元件退化后的动力学参数；S302：将悬挂元件退化后的动力学参数输入至S200修正的车辆
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轨道耦合动力学模型中，对车辆
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轨道耦合动力学模型进行修正；S303：对S302修正后的车辆
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轨道耦合动力学模型进行仿真计算，获得车辆控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车辆服役周期内限界动态演变预测方法，其特征在于，包括如下步骤：S100：获取车辆的一系弹簧、一系减振器、二系空气弹簧以及二系减振器之类悬挂元件动力学参数的非线性特性，建立车辆
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轨道耦合动力学模型，用于仿真模拟车辆在实际运营条件下悬挂元件的位移、速度、加速度之类的响应特性；S200：根据车辆悬挂元件的动力学参数分布特性确定其随机分布类型，选取符合所述随机分布类型悬挂元件的动力学参数，修正所述车辆
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轨道耦合动力学模型，获取车辆各截面控制点的随机动态偏移量；S300：基于车辆悬挂元件的退化过程，获取不同车辆服役时间悬挂元件退化后的动力学参数，对S200修正后的车辆
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轨道耦合动力学模型进行退化过程修正，获取不同车辆服役时间各截面控制点的退化动态偏移量；S400：获取车辆静态轮廓的各截面控制点数据，基于S200和S300所述的车辆各截面控制点的随机动态偏移量和退化动态偏移量，得到符合车辆悬挂参数随机分布以及退化过程的车辆动态包络线线，最终获得车辆服役周期范围内限界动态演化规律。2.根据权利要求1所述的一种车辆服役周期内限界动态演变预测方法，其特征在于，S100中，所述建立车辆
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轨道耦合动力学模型包括：S101：基于车辆自身各悬挂元件质量、转动惯量及结构参数，考虑悬挂元件动力学参数非线性特性，设置相应的线路条件、风载荷之类的外部边界条件，建立车辆动力学模型；S102：将悬挂元件考虑为柔性，引入柔性轨道及轨下基础，建立充分考虑车辆和轨道间耦合作用的车辆
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轨道耦合动力学模型；S103：通过仿真计算，得到时域下车辆的运动学姿态信息。3.根据权利要求1所述的一种车辆服役周期内限界动态演变预测方法，其特征在于，S200中，考虑悬挂参数随机分布的车辆控制点动态偏移量计算过程，包括以下步骤：S201：根据车辆悬挂元件的动力学参数分布特性，确定不同工况下的悬挂元件的动力学参数，将悬挂元件的动力学参数输入至S100建立的车辆
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轨道耦合动力学模型中，对车辆
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轨道耦合动力学模型进行修正；S202：对修正后的车辆
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轨道耦合动力学模型进行仿真计算，获得车辆控制点的横、垂向位移，即为对应工况下车辆截面控制点的横、垂向随机动态偏移量；S203：将S202中不同工况下的计算结果汇总获得考虑悬挂元件的动力学参数随机分布条件下的不同工况车辆控制点随机动态偏移量。4.根据权利要求1所述的一种车辆服役周期内限界动态演变预测方法，其特征在于，S400中，悬挂元件退化动态偏移量计算包括：S401：选取关于磨耗以及非悬挂元件制造、安装定位和维护误差之类的静态因素影响作为静态偏移量计算方法；S402：将车辆非悬挂元件的静态参数带入S301的方法并计算，获得要求车体截面位置处不同控制点对应的横、垂向静态偏移量，将其叠加到不同工况下动力学计算得到的随机动态偏移量和退化动态偏移量上，得到综合考虑各种因素下的控制点的横、垂向总偏移量；S403：将各控制点的横、垂向总偏移量叠加到对应的控制点坐标上，得到不同工况下车辆的动态包络线；S404：将上述不同工况下车辆动态包络线计算结果与其代表的悬挂元件的动力学参数
分布情况和服役退化情况相对应，可以分析得到车辆服役周期范围内，车辆动态包络线的退化规律。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的一种车辆服役周期内限界动态演变预测方...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴兴文，谢钦，廖永亮，任愈，张敏，舒冬，郭钦，雷崇，殷勤，姚应峰，代刚，石航，张明，王俊，葛红，种传强，刘曦洋，赵文涛，于龙，占栋，
申请(专利权)人：西南交通大学武汉大学成都唐源电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：