CN115406683A - 一种高速列车侧滚不利动态行为模拟及其主动控制的试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高速列车侧滚不利动态行为模拟及其主动控制的试验系统，包括承载装置、列车装置、处理装置和调节装置，列车装置设置于承载装置上，承载装置用于使得列车装置发生侧滚运动，处理装置与调节装置连接，处理装置和调节装置均设置于列车装置上，且调节装置所在的平面与列车装置所在的平面呈夹角设置，处理装置用于获取列车装置侧滚运动的数据，并根据数据控制调节装置，调节装置对列车装置输出与列车装置侧滚运动方向相反的力矩，以调节列车装置的侧滚运动。通过有效模拟出列车的侧滚运动，并控制列车的侧滚运动，从而有效地降低列车的侧滚运动。

Description

一种高速列车侧滚不利动态行为模拟及其主动控制的试验 系统

技术领域

本发明涉及铁路工程的技术领域，特别涉及一种高速列车侧滚不利动态行为模拟及其主动控制的试验系统。

背景技术

高速列车在运行过程中，轮轨在长时间动力相互作用下会产生磨损和损伤，引起高速列车产生复杂的动态行为，而在列车直线行驶过程中，受轨道不平顺的影响，列车会产生具有转动的侧滚运动，在列车内部安装控制系统可以有效地降低列车的侧滚运动，对于现有的控制装置大多采用悬挂系统，目前的控制系统大多侧重于轮轨和悬挂系统的加载试验，并不能有效模拟出列车的侧滚运动。因此，如何控制列车的侧滚运动的试验系统成为亟需解决的技术问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种高速列车侧滚不利动态行为模拟及其主动控制的试验系统，模拟列车的侧滚运动，并控制列车的侧滚运动的试验系统。

本发明提供一种高速列车侧滚不利动态行为模拟及其主动控制的试验系统，包括承载装置、列车装置、处理装置和调节装置，所述列车装置设置于所述承载装置上，所述承载装置用于使得所述列车装置发生侧滚运动，所述处理装置与所述调节装置连接，所述处理装置和所述调节装置均设置于所述列车装置上，且所述调节装置所在的平面与所述列车装置所在的平面呈夹角设置，所述处理装置用于获取所述列车装置侧滚运动的数据，并根据所述数据控制所述调节装置，所述调节装置对所述列车装置输出与所述列车装置侧滚运动方向相反的力矩，以调节所述列车装置的侧滚运动。

进一步地，所述承载装置包括如下中的至少一个：

第一承载机构，所述列车装置的一侧设置于所述第一承载机构上，所述第一承载机构驱动所述列车装置产生第一位移，以使所述列车装置发生侧滚运动；及

第二承载机构，所述列车装置的另一侧设置于所述第二承载机构上，所述第二承载机构驱动所述列车装置产生第二位移，以使所述列车装置发生侧滚运动。

进一步地，所述第一承载机构包括第一承载件和第一驱动件，所述第一承载件与所述第一驱动件连接，所述列车装置的一侧设置于所述第一承载件上，所述第一驱动件驱动所述第一承载件移动以带动所述列车装置产生第一位移。

进一步地，所述第一承载机构还包括第一弹性件，所述第一弹性件的一端连接于第一承载件，所述第一弹性件的另一端连接于第一驱动件。

进一步地，所述第二承载机构包括第二承载件和第二驱动件，所述第二承载件与所述第二驱动件连接，所述列车装置的另一侧设置于所述第二承载件上，所述第二驱动件驱动所述第二承载件以带动所述列车装置产生第二位移。

进一步地，所述处理装置包括传感器和控制模块，所述传感器与所述控制模块电连接，所述传感器和所述控制模块均设置于所述列车装置上，所述控制模块与所述调节装置连接，所述传感器用于获取所述列车装置侧滚运动的数据，并将所述数据发送给所述控制模块，所述控制模块根据所述数据控制所述调节装置，所述调节装置对所述列车装置输出与所述列车装置侧滚运动方向相反的力矩。

进一步地，所述控制模块包括控制器、开发板和控制板，所述开发板的输入端与所述控制器和所述传感器电连接，所述开发板的输出端与所述控制板电连接，所述控制器、所述开发板和所述控制板均设置于所述列车装置上，所述控制板与所述调节装置连接，所述控制器用于接收所述传感器发送的所述数据，并根据所述数据生成指令，并将所述指令发送至所述开发板，所述开发板用于接收所述控制器发送的所述指令，并处理所述指令且将所述指令发送至所述控制板，所述控制板用于接受所述开发板发送的所述指令并根据所述指令控制所述调节装置，所述调节装置对所述列车装置输出与所述列车装置侧滚运动方向相反的力矩。

进一步地，所述调节装置包括驱动件组件和转动惯量体，所述驱动组件和所述转动惯量体传动连接，所述驱动组件与所述处理装置连接，所述驱动组件和所述转动惯量体均设置于所述列车装置上，且所述转动惯量体所在的平面与所述列车装置所在的平面呈夹角设置，所述驱动组件驱动所述转动惯量体转动，以使所述转动惯量体对所述列车装置输出与所述列车装置侧滚运动方向相反的力矩。

进一步地，所述驱动组件包括第二驱动件和齿轮组件，所述第二驱动件与所述齿轮组件连接，所述第二驱动件与所述处理装置连接，所述转动惯量体外周设置有与所述齿轮组件相啮合的锯齿，所述第二驱动件驱动所述齿轮组件转动，所述齿轮组件与所述锯齿啮合传动，以带动所述转动惯量体转动。

进一步地，所述齿轮组件包括第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮相啮合，所述第二驱动件与所述第一齿轮连接，所述转动惯量体的所述锯齿与所述第二齿轮相啮合，所述第一齿轮的直径大于所述第二齿轮的直径。

本发明提出的一种高速列车侧滚不利动态行为模拟及其主动控制的试验系统，通过承载装置使得列车装置发生侧滚运动，处理装置获取列车装置的侧滚数据，并根据侧滚数据控制调节装置对列车装置输出与列车装置侧滚运动方向相反的力矩，以调节列车装置的侧滚运动，通过有效模拟出列车的侧滚运动，并控制列车的侧滚运动，从而有效地降低列车的侧滚运动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种高速列车侧滚不利动态行为模拟及其主动控制的试验系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中承载装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中调节装置的结构示意图；

图4为本发明实施例中驱动组件的结构示意图。

主要元件：

100、承载装置；110、第一承载机构；111、第一承载件；1111、第一凹槽；112、第一驱动件；113、第一弹性件；114、第一紧固件；120、第二承载机构；121、第二承载件；1211、第二凹槽；122、第三驱动件；123、第二弹性件；124、第二紧固件；200、列车装置；210、第一车轮；300、处理装置；400、调节装置；410、驱动组件；411、第二驱动件；412、齿轮组件；4121、第一齿轮；4122、第二齿轮；420、转动惯量体；421、锯齿；430、封装体。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中的“和/或”包括三个方案，以A和/或B为例，包括A技术方案、B技术方案，以及A和B同时满足的技术方案；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1所示，在一些实施例中，一种高速列车侧滚不利动态行为模拟及其主动控制的试验系统包括承载装置100、列车装置200、处理装置300和调节装置400，列车装置200设置于承载装置100上，承载装置100用于使得列车装置200发生侧滚运动，处理装置300与调节装置400连接，处理装置300和调节装置400均设置于列车装置200上，且调节装置400所在的平面与列车装置200所在的平面呈夹角设置，处理装置300用于获取列车装置200侧滚运动的数据，并根据数据控制调节装置400，调节装置400对列车装置200输出与列车装置200侧滚运动方向相反的力矩，以调节列车装置200的侧滚运动。通过有效模拟出列车的侧滚运动，并控制列车的侧滚运动，从而有效地降低列车的侧滚运动。

如图2所示，在一些实施例中，承载装置100包括如下中的至少一个：

第一承载机构110，列车装置200的一侧设置于第一承载机构110上，第一承载机构110驱动列车装置200产生第一位移，以使列车装置200发生侧滚运动；及

第二承载机构120，列车装置200的另一侧设置于第二承载机构120上，第二承载机构120驱动列车装置200产生第二位移，以使列车装置200发生侧滚运动。

具体地，列车装置200的一侧设置于第一承载机构110上，列车装置200的另一侧设置于第二承载机构120上，第一承载机构110驱动列车装置200产生第一位移，第二承载机构120驱动列车装置200产生第二位移，第一位移和第二位移不相同，所以列车装置200在水平方向会有高度差，从而列车装置200会发生侧滚运动。

在一些实施例中，第一承载机构110包括第一承载件111和第一驱动件112，第一承载件111与第一驱动件112连接，列车装置200的一侧设置于第一承载件111上，第一驱动件112驱动第一承载件111移动以带动列车装置200产生第一位移。具体地，列车装置200包括第一车轮210，第一承载件111开设有第一凹槽1111，第一车轮210与第一凹槽1111相卡持，从而将列车装置200固定于承载装置100上，防止列车装置200发生侧滚运动时第一车轮210脱离第一承载件111。更具体地，第一驱动件112可以但不限于为伺服液压作动器。

进一步地，第一承载机构110还包括第一紧固件114，第一紧固件114用于固定第一承载件111与列车装置200。进一步地，第一紧固件114用于固定第一承载件111与第一车轮210，更有效地防止列车装置200发生侧滚运动时第一车轮210脱离第一承载件111。

在一些实施例中，第一承载机构110还包括第一弹性件113，第一弹性件113的一端连接于第一承载件111，第一弹性件113的另一端连接于第一驱动件112。第一弹性件113用于更加精确地模拟列车的侧滚运动过程。

在一些实施例中，第二承载机构120包括第二承载件121和第三驱动件122，第二承载件121与第三驱动件122连接，列车装置200的另一侧设置于第二承载件121上，第三驱动件122驱动第二承载件121以带动列车装置200产生第二位移。具体地，列车装置200还包括第二车轮，第二承载件121开设有第二凹槽1211，第二车轮与第二凹槽1211相卡持，从而将列车装置200固定于承载装置100上，防止列车装置200发生侧滚运动时第二车轮脱离第二承载件121。更具体地，第三驱动件122可以但不限于为伺服液压作动器。

进一步地，第二承载机构120还包括第二紧固件124，第二紧固件124用于固定第二承载件121与列车装置200。进一步地，第二紧固件124用于固定第二承载件121与第二车轮，更有效地防止列车装置200发生侧滚运动时第二车轮脱离第二承载件121。

在一些实施例中，第二承载机构120还包括第二弹性件123，第二弹性件123的一端连接于第二承载件121，第二弹性件123的另一端连接于第三驱动件122。第二弹性件123用于更加精确地模拟列车的侧滚运动过程。

在一些实施例中，处理装置300包括传感器和控制模块，传感器与控制模块电连接，传感器和控制模块均设置于列车装置200上，控制模块与调节装置400连接，传感器用于获取列车装置200侧滚运动的数据，并将数据发送给控制模块，控制模块根据数据控制调节装置400对列车装置200输出与列车装置200侧滚运动方向相反的力矩。

具体地，控制模块包括控制器、开发板和控制板，开发板的输入端与控制器和传感器电连接，开发板的输出端与控制板电连接，控制器、开发板和控制板均设置于列车装置200上，控制板与调节装置400连接，控制器用于接收传感器发送的数据，并根据数据生成指令，并将指令发送至开发板，开发板用于接收控制器发送的指令，并处理指令且将指令发送至控制板，控制板用于接受开发板发送的指令并根据指令控制调节装置400，对列车装置200输出与列车装置200侧滚运动方向相反的力矩。更具体地，控制板与调节装置400电连接。

进一步地，传感器设置于水平方向，传感器可以设置于列车装置200的顶部。当列车装置200发生侧滚运动时，传感器获取列车装置200的侧滚角度的数据，并将数据发送至控制器和开发板，控制器匹配控制算法根据数据生成指令，并将指令发送至开发板，开发板将指令处理为符合控制板的指令，并发送至控制板，控制板根据指令控制调节装置400。调节装置400对列车装置200输出与列车装置200侧滚运动方向相反的力矩，以调节列车装置200的侧滚运动，调节装置400将列车的侧滚运动的调节情况反馈给控制器，控制器根据调节情况发出新的指令，从而形成闭环的控制系统，有效地消除调节装置400的误差。更进一步地，控制板可以但不限于为电机控制板。传感器可以但不限于为陀螺仪传感器。

如图3和图4所示，在一些实施例中，调节装置400包括驱动件组件和转动惯量体420，驱动组件410和转动惯量体420传动连接，驱动组件410与处理装置300连接，驱动组件410和转动惯量体420均设置于列车装置200上，且转动惯量体420所在的平面与列车装置200所在的平面呈夹角设置，驱动组件410驱动转动惯量体420转动，以使转动惯量体420对列车装置200输出与列车装置200侧滚运动方向相反的力矩。具体地，转动惯量体420为圆环结构，驱动组件410可以为四个，四个驱动组件410分别布设于转动惯量体420的外周，从而提高转动惯量体420转动的效率。

在一些实施例中，驱动组件410包括第二驱动件411和齿轮组件412，第二驱动件411与齿轮组件412连接，第二驱动件411与处理装置300连接，转动惯量体420外周设置有与齿轮组件412相啮合的锯齿421，第二驱动件411驱动齿轮组件412转动，齿轮组件412与锯齿421啮合传动，以带动转动惯量体420转动。具体地，第二驱动件411可以但不限于为电机。

调节装置400还包括封装体430，封装体430设置于列车装置200上，驱动组件410和转动惯量体420设置于封装体430内。

更具体地，齿轮组件412包括第一齿轮4121和第二齿轮4122，第一齿轮4121和第二齿轮4122相啮合，第二驱动件411与第一齿轮4121连接，转动惯量体420的锯齿421与第二齿轮4122相啮合，第一齿轮4121的直径大于第二齿轮4122的直径。进一步地，第一齿轮4121的直径小于第二齿轮4122的直径，所以第二齿轮4122的转动速度会比第一齿轮4121的转动速度更快，转动惯量体420的锯齿421与第二齿轮4122相啮合，从而提高转动惯量体420的转动速度。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种高速列车侧滚不利动态行为模拟及其主动控制的试验系统，其特征在于，包括承载装置、列车装置、处理装置和调节装置，所述列车装置设置于所述承载装置上，所述承载装置用于使得所述列车装置发生侧滚运动，所述处理装置与所述调节装置连接，所述处理装置和所述调节装置均设置于所述列车装置上，且所述调节装置所在的平面与所述列车装置所在的平面呈夹角设置，所述处理装置用于获取所述列车装置侧滚运动的数据，并根据所述数据控制所述调节装置，所述调节装置对所述列车装置输出与所述列车装置侧滚运动方向相反的力矩，以调节所述列车装置的侧滚运动。

2.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述承载装置包括如下中的至少一个：

第一承载机构，所述列车装置的一侧设置于所述第一承载机构上，所述第一承载机构驱动所述列车装置产生第一位移，以使所述列车装置发生侧滚运动；及

第二承载机构，所述列车装置的另一侧设置于所述第二承载机构上，所述第二承载机构驱动所述列车装置产生第二位移，以使所述列车装置发生侧滚运动。

3.根据权利要求2所述的试验系统，其特征在于，所述第一承载机构包括第一承载件和第一驱动件，所述第一承载件与所述第一驱动件连接，所述列车装置的一侧设置于所述第一承载件上，所述第一驱动件驱动所述第一承载件移动以带动所述列车装置产生第一位移。

4.根据权利要求3所述的试验系统，其特征在于，所述第一承载机构还包括第一弹性件，所述第一弹性件的一端连接于第一承载件，所述第一弹性件的另一端连接于第一驱动件。

5.根据权利要求2所述的试验系统，其特征在于，所述第二承载机构包括第二承载件和第二驱动件，所述第二承载件与所述第二驱动件连接，所述列车装置的另一侧设置于所述第二承载件上，所述第二驱动件驱动所述第二承载件以带动所述列车装置产生第二位移。

6.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述处理装置包括传感器和控制模块，所述传感器与所述控制模块电连接，所述传感器和所述控制模块均设置于所述列车装置上，所述控制模块与所述调节装置连接，所述传感器用于获取所述列车装置侧滚运动的数据，并将所述数据发送给所述控制模块，所述控制模块根据所述数据控制所述调节装置，所述调节装置对所述列车装置输出与所述列车装置侧滚运动方向相反的力矩。

7.根据权利要求6所述的试验系统，其特征在于，所述控制模块包括控制器、开发板和控制板，所述开发板的输入端与所述控制器和所述传感器电连接，所述开发板的输出端与所述控制板电连接，所述控制器、所述开发板和所述控制板均设置于所述列车装置上，所述控制板与所述调节装置连接，所述控制器用于接收所述传感器发送的所述数据，并根据所述数据生成指令，并将所述指令发送至所述开发板，所述开发板用于接收所述控制器发送的所述指令，并处理所述指令且将所述指令发送至所述控制板，所述控制板用于接受所述开发板发送的所述指令并根据所述指令控制所述调节装置，所述调节装置对所述列车装置输出与所述列车装置侧滚运动方向相反的力矩。

8.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述调节装置包括驱动件组件和转动惯量体，所述驱动组件和所述转动惯量体传动连接，所述驱动组件与所述处理装置连接，所述驱动组件和所述转动惯量体均设置于所述列车装置上，且所述转动惯量体所在的平面与所述列车装置所在的平面呈夹角设置，所述驱动组件驱动所述转动惯量体转动，以使所述转动惯量体对所述列车装置输出与所述列车装置侧滚运动方向相反的力矩。

9.根据权利要求8所述的试验系统，其特征在于，所述驱动组件包括第二驱动件和齿轮组件，所述第二驱动件与所述齿轮组件连接，所述第二驱动件与所述处理装置连接，所述转动惯量体外周设置有与所述齿轮组件相啮合的锯齿，所述第二驱动件驱动所述齿轮组件转动，所述齿轮组件与所述锯齿啮合传动，以带动所述转动惯量体转动。

10.根据权利要求9所述的试验系统，其特征在于，所述齿轮组件包括第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮相啮合，所述第二驱动件与所述第一齿轮连接，所述转动惯量体的所述锯齿与所述第二齿轮相啮合，所述第一齿轮的直径大于所述第二齿轮的直径。

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