高铁动车组仿真驾驶台的设计与实现

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1、高铁动车组仿真驾驶台的设计与实现摘要：近年来，随着高速铁路技术的不断发展，为了满足社会的需要，列控设备的研发越來越重要。在研发过程中，仿真驾驶台为列控设备提供准确、有效的驾驶信息。本文在分析驾驶台的需求以及机车牵引制动特性的基础上，使用.net框架中的Winform实现高铁动车组仿真驾驶台，司机通过驾驶台的操作，为列控车载设备的测试提供相关的驾驶信息。关键词：仿真驾驶台；牵引制动特性；高速铁路引言近些年来，我国科技不断的进步和发展，其中国家的铁路建设在经济发展的过程中扮演着重要的角色，国家铁路的建设即将进入一个快速发展的时期。根据国家的规划调整，到2020年，我国的铁路总里程将达到1

2、2万公里以上，在一些重要的铁路干线上，客运与货运将分开运行，使全国的铁路网更加畅通，构建更加完整的铁路网布局。随着人们对岀行的要求越来越高，研制出更加安全、可靠的车载控制器控制列车安全、高速运行是解决这一问题的关键一环，而在研制车载控制器的过程中，需要进行控制器的功能性测试和安全性测试，为测试过程中提供驾驶信息的仿真驾驶台对测试的效率和效果有重要的作用，本文主要分析仿真驾驶台的需求，以及高铁动车组的牵引制动特性，并在此基础上进行仿真驾驶台的设计与实现。1高铁仿真驾驶台的需求随着科学技术的不断发展，一些新的技术不断涌现在高铁建设中。在研发列控车载控制器的过程中，控制器的功能性测试和安全

3、性测试是必不可少的环节，仿真驾驶台在控制列车运行的过程中起着关键的作用，仿真驾驶台的关键信息的输出直接影响到产品测试的效率和效果。仿真驾驶台在测试过程屮需耍模拟装置主耍有：驾驶台激活开关，列车的方向手柄，列车牵引/制动手柄，主断路器状态，受电弓状态，ATP冗余状态，DMI转换状态，ATP隔离状态等信息，如表1所示。仿真驾驶台能为列控车载设备的功能性测试以及安全性测试提供如上表所示的一些关键信息，以使仿真测试平台能够高效顺利的进行。为此,设计并实现一个能为测试平台提供驾驶信息的高铁仿真驾驶台有着极其重要的意义。2高铁动车组的牵引制动特性高铁动车组在运行的过程屮，主要受到牵引力和阻力的作

4、用，同时，在列车减速到目标速度的过程中，还受到司机施加的制动力的作用。表2中对作用于列车上力的类型、作用方向、来源等做了简耍描述。2.1机车牵引力动车组的牵引力主要来自各个动车，它通过受电弓将电能转换为机械能，传递到动车的动轮上，从而使列车在钢轨上运行。动车组获取的电能,通过传动装置产生使动轮回转的扭矩，在动轮的轮周上形成切线力，依靠钢轨和动轮Z间的摩擦力，从而使列车发生平移运动，这种由钢轨作用于动轮周上的切向外力，即为机车牵引力。当牵引力作用于动轮时，轮轨间出现相对运动的趋势，动轮对钢轨产生一个作用力F,与此同时，钢轨对动轮产生反作用力F,两个力大小相等，方向相反。这对作用力和反作

5、用力由动轮的旋转力矩M产生，每个动轮的轮周牵引力Fi的计算公式如下：由动轮的轮周牵引力Fi可知，要提高牵引力，必须增加机车的牵引功率，使一定时间内有更多的电能转化为机械能。从整个动车组机车来看,机车的轮周力F为机车的各个动轮的轮周牵引力之和，即仿真驾驶台中提供给司机选择的牵引等级为0-10级，不同的等级对应不同的牵引力，随着牵引等级的增加，仿真驾驶台输出的牵引力越大，对处在同一条件（速度、坡度等）下的列车，获得的加速度也越大。2.2列车阻力列车在运行的过程中阻力主要由基本阻力和附加阻力组成，如图1所zJKo附加阻力g：S（t）］:是只在坡道、弯道以及隧道等特殊区段才产生的阻力。基本阻

6、力w［v（t）］：是列车在运行的过程中一直存在的阻力。表示为:式（2-3）中，aO.al.a2是具有高度不确定性的阻力系数（随着车辆类型的不同而不同，见表3、表4）,aO+alv代表机械阻力，a2v2代表空气阻力。单位作用力与总作用力的关系如下：式中，W表示列车运行过程屮总的基本阻力（单位：kN）；w表示单位阻力（单位：N/kN）；M为列车质量（单位：t）；gn为重力加速度（gn~9.81m/s2)o列车在运行的过程中，基本阻力中的系数aO、al、a2,不同的车辆有不同的系数，表3表4中给出了常见车辆的系数廁、al>a2o曲线附加阻力：列车在运行的过程中，一旦进入曲线运行的时候，列车

7、运行时的阻力将增大。曲线运行产生的阻力与曲线半径、列车运行的速度等因素有关，因为曲线阻力的大小与曲线的半径成反比，且曲线阻力大于0,曲线阻力的一般计算公式为：式2-5中，？棕r表示单位曲线阻力（单位：N/kN）；R为列车运行曲线半径（单位：m）o2.3列车制动力动车组的制动一般采用电制动和空气制动的方式，空气制动的补偿，弥补了仅使用电制动的不足，使得动车组的制动性能得到了提升。列车的制动力与牵引力类似，均通过对动轮产生力矩M,制动力矩M对钢轨产生一个向前的