轨道车辆模块-ADAMS.ppt

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轨道列车仿真系统案例11/10/20221牵引制动系统性能的问题牵引制动系统性能的问题v机车车辆的牵引制动性能是关系到车辆运行安全与否的一个机车车辆的牵引制动性能是关系到车辆运行安全与否的一个重要因素。

机车车辆的牵引制动系统的牵引制动性能除了要重要因素。

机车车辆的牵引制动系统的牵引制动性能除了要考虑牵引电机、传动系统、制动系统之外，还要考虑轮轨接考虑牵引电机、传动系统、制动系统之外，还要考虑轮轨接触的影响。

通过触的影响。

通过MSC.ADAMS/RailMSC.ADAMS/Rail可以对机车车辆的牵引制动可以对机车车辆的牵引制动性能进行精确的仿真。

利用性能进行精确的仿真。

利用ADAMS/RailADAMS/Rail的模板建模方式可以的模板建模方式可以很方便的建立牵引制动系统的模板，然后建立牵引制动子系很方便的建立牵引制动系统的模板，然后建立牵引制动子系统，再与转向架和车体等其它子系统组装成整车模型。

在统，再与转向架和车体等其它子系统组装成整车模型。

在ADAMS/RailADAMS/Rail中可以定义轮轨之间非线性的摩擦特性，随着蠕中可以定义轮轨之间非线性的摩擦特性，随着蠕滑率的变化而变化的摩擦系数是进行牵引或制动性能分析至滑率的变化而变化的摩擦系数是进行牵引或制动性能分析至关重要的特性。

同时，还可以定义随着轨道长度方向变化的关重要的特性。

同时，还可以定义随着轨道长度方向变化的摩擦系数，这样可以分析钢轨表面干燥摩擦系数，这样可以分析钢轨表面干燥/潮湿的影响。

潮湿的影响。

实例实例1vVoithVoithTurboTurbo是是德德国国铁铁道道车车辆辆传传动动系系统统的的一一级级供供应应商商，主主要要开开发发、制制造造并并组组装装机机械械、液液压压及及电电动动系系统统。

他他们们提提供供铁铁道道动动车车的的驱驱动动系系统统，可可使使机机械械系系统统运运转转更更有有效效，使使车车辆辆运运营营速速度度更更高高，更更舒舒适适，并并节节省省能能源源，减减少少噪噪音音。

VoithVoithTurboTurbo公公司司的的分分析析部部门门需需要要研研究究驱驱动动系系统统和和动动车车系系统统之之间间在在牵牵引引或或制制动动时时的的相相互互耦耦合合作作用用，如如在在牵牵引引制制动动时时的的轴轴系系的的谐谐振振问问题。

题。

vADAMS/RailADAMS/Rail、ADAMS/FlexADAMS/Flex、ADAMS/ExchangeADAMS/Exchange使得使得VoithVoithTurboTurbo实现了在其产品开发流程内虚拟产品开实现了在其产品开发流程内虚拟产品开发的技术。

发的技术。

ADAMS/RailADAMS/Rail的模版建模方式使得的模版建模方式使得VoithVoithTurboTurbo能够将其建立的驱动系统模型与其他的供应商能够将其建立的驱动系统模型与其他的供应商提供的车辆模型（包括转向架和车身子系统）联合提供的车辆模型（包括转向架和车身子系统）联合起来建立一个包含驱动系统的整车模型，非常容易起来建立一个包含驱动系统的整车模型，非常容易测试配置不同驱动系统的车辆的动力学性能。

其意测试配置不同驱动系统的车辆的动力学性能。

其意义在于可以对驱动系统的谐振和稳定性进行研究，义在于可以对驱动系统的谐振和稳定性进行研究，并进行优化，以使驱动系统的悬挂装置所受的冲击并进行优化，以使驱动系统的悬挂装置所受的冲击加速度不超过许可的范围。

加速度不超过许可的范围。

v上图所示为考虑传动系统的整车模型在通过上图所示为考虑传动系统的整车模型在通过湿滑轨面启动时牵引电机的输出扭矩随着仿湿滑轨面启动时牵引电机的输出扭矩随着仿真时间的变化过程，通过仿真发现了由于轨真时间的变化过程，通过仿真发现了由于轨面的湿滑而导致输出扭矩的振动现象，这一面的湿滑而导致输出扭矩的振动现象，这一现象是由于机车经过湿滑轨面时产生了打滑现象是由于机车经过湿滑轨面时产生了打滑现象，引起了传动系统的扭振，所以电机的现象，引起了传动系统的扭振，所以电机的输出扭矩出现了上下的波动。

输出扭矩出现了上下的波动。

电机的悬挂装置的机车在与其它车辆或固定物发生碰撞v上面三个图所示为考虑电机的悬挂装置的机车在与上面三个图所示为考虑电机的悬挂装置的机车在与其它车辆或固定物发生碰撞时电机的悬挂装置的振其它车辆或固定物发生碰撞时电机的悬挂装置的振动冲击情况的虚拟试验过程，目的是研究由于碰撞动冲击情况的虚拟试验过程，目的是研究由于碰撞冲击引起的发动机悬挂装置的最大加速度。

在该模冲击引起的发动机悬挂装置的最大加速度。

在该模型中牵引电机体悬，悬挂部件通过型中牵引电机体悬，悬挂部件通过ADAMS/FlexADAMS/Flex将有将有限元的模态分析结果读入限元的模态分析结果读入ADAMS/RailADAMS/Rail，从而可以考，从而可以考虑悬挂结构柔性的影响，使仿真结果更接近实际情虑悬挂结构柔性的影响，使仿真结果更接近实际情况。

况。

实例实例2一台电力机车可以看作是包含电力系统、机械系统和一台电力机车可以看作是包含电力系统、机械系统和控制系统的复杂系统。

为开发一个新的车型，需要各方面专控制系统的复杂系统。

为开发一个新的车型，需要各方面专家团队共同合作。

电能需要转化为机械能，电力驱动系统需家团队共同合作。

电能需要转化为机械能，电力驱动系统需要满足机械部分空间的要求，这一部分被称作传动系，包括：

要满足机械部分空间的要求，这一部分被称作传动系，包括：

电机转换器控制部分、异步电机、机械驱动系统（特指齿轮电机转换器控制部分、异步电机、机械驱动系统（特指齿轮箱）、轮轨接触等。

庞巴迪运输公司的苏伊士分部负责开发箱）、轮轨接触等。

庞巴迪运输公司的苏伊士分部负责开发制造机车转向架驱动系统，在实践中逐步认识到驱动系统是制造机车转向架驱动系统，在实践中逐步认识到驱动系统是一个整体，单纯改变其中某一个部分而不考虑其他部分是不一个整体，单纯改变其中某一个部分而不考虑其他部分是不行的。

正因为如此，庞巴迪运输公司的苏伊士分部采用了将行的。

正因为如此，庞巴迪运输公司的苏伊士分部采用了将各个仿真软件的功能结合起来的方式，结果是使用不同的工各个仿真软件的功能结合起来的方式，结果是使用不同的工具联合仿真来综合考虑整个系统的影响。

因此，选择了具联合仿真来综合考虑整个系统的影响。

因此，选择了ADAMS/RailADAMS/Rail与与MATLAB/MATLAB/SimulinkSimulink的联合仿真功能。

的联合仿真功能。

v为为了了使使分分析析过过程程标标准准化化，在在ADAMS/RailADAMS/Rail的的建建模模模模板板中中建建立立了了一一系系列列的的转转向向架架及及驱驱动动系系统统的的模模板板，这这样样可可以以方方便便的的组组装装成成各各种种不不同同的的结结构构型型式式，其其中中包包括括：

构构架架、轴轴箱箱、发发动动机机以以及及传传动动系系，分分别别按按照照刚刚性性或或柔柔性性来来考考虑虑。

利利用用MATLAB/MATLAB/SimulinkSimulink建建立立控控制制系系统统的的模模型型。

通通过过这这种种方方式式，可可以以考考虑虑转转向向架架及及传传动动系系统统与与控控制制系系统统之之间间的的相相互互耦耦合合作作用用，在在满满足足牵牵引引性性能能前前提提下下修修改改悬悬挂挂参参数数以以优优化化整整个个系系统统的的性性能能。

采采用用这这种种方方式式，能能够够在在很很短短的的时时间间内内就就完完成成多多个个工工程程项项目目的的分分析析，满满足足客客户户的的要求要求。

v上图所示为转向架的某阶振动模态，其中包含考虑上图所示为转向架的某阶振动模态，其中包含考虑柔性的构架、电机、传动系等。

柔性的构架、电机、传动系等。

实例实例3vTrenitalia是意大利铁路运营商，UTMR（车辆技术部门）是Trenitalia组织的下属部门，要求在现有铁路车辆上安装一种防滑设备以便试验，对这种防滑设备在各种典型的制动工况下的性能比较感兴趣（类似于汽车上的ABS），并且进行了很多试验得到了大量相关的试验数据。

vUTMR与佛罗伦萨大学合作，利用ADAMS/Rail建立了包括这种防滑设备的转向架的细化模型，该模型利用了ADAMS/Controls与MATLAB/simulink联合仿真的功能，并采用了非线性的粘/滑特性曲线以精确模拟轮轨之间在制动时的接触情况。

结果表明：

仿真的数据是精确的，并且再现了实际试验中所表现的情况，即在制动过程中，由于施加了制动力矩，车轮会出现滑动现象，车轮的切线速度小于所需要的速度（兰色线）。

当车轮的线速度低于预先定义的临界速度时，防滑设备开始工作，降低制动力矩，结果使车轮的线速度加大，再增加制动力矩以降低车速。

利用此模型可以优化防滑设备中有关的参数设置。

制动盘防滑控制策略（MATLAB/Simulink控制系统框图）v仿真过程中开始制动时车列以及前后四个轮对上的速度随时间变化曲线。

走行稳定性能和曲线、道岔通过性能的问题走行稳定性能和曲线、道岔通过性能的问题v随随着着列列车车运运行行速速度度的的不不断断加加快快，对对机机车车车车辆辆的的走走行行稳稳定定性性和和曲曲线线、道道岔岔通通过过性性能能的的要要求求也也越越来来越越高高。

机机车车车车辆辆在在铁铁道道线线路路上上运运行行，机机车车车车辆辆是是由由若若干干零零部部件件所所组组成成的的复复杂杂的的动动力力学学系系统统，具具有有惯惯性性、弹弹性性、阻阻尼尼等等许许多多动动力力学学特特性性，而而铁铁道道线线路路上上也也存存在在各各种种不不平平顺顺的的因因素素，如如垂垂向向不不平平顺顺、横横向向不不平平顺顺、轨轨距距不不平平顺顺等等等等。

因因此此需需要要分分析析机机车车车车辆辆各各种种不不同同的的悬悬挂挂参参数数以以及及车车轮轮不不同同踏踏面面形形状状对对走走行行稳稳定定性性能能的的影影响响。

通通过过ADAMS/RailADAMS/Rail可可以以对对车车辆辆的的走走行行稳稳定定性性能能和和曲曲线线通通过过性性能能进进行行分分析析。

ADAMS/RailADAMS/Rail中中提提供供进进行行车车辆辆稳稳定定性性分分析析的的专专用用工工具具，你你可可以以直直接接指指定定车车轮轮踏踏面面的的等等效效锥锥度度，即即可可以以得得到到相相应应的的临临界界速速度度，如如果果你你给给定定车车轮轮踏踏面面等等效效锥锥度度的的变变化化范范围围，ADAMS/RailADAMS/Rail还还可可以以给给出出车车辆辆的的临临界界速速度度与与车车轮轮踏踏面面等等效效锥锥度度的的关关系系曲曲线线，使使用用起起来来非非常常方方便便。

同同时时利利用用ADAMS/RailADAMS/Rail中中提提供供的的动动力力学学分分析析工工具具可可以以定定义义各各种种不不同同的的曲曲线线、道道岔岔线线路路以以及轮轨接触特性，分析车辆的曲线、道岔通过性能。

及轮轨接触特性，分析车辆的曲线、道岔通过性能。

v车辆的临界速度与车轮踏面等效锥度的关系曲线的例子实例实例1vSKODAHOLDINGSKODAHOLDINGa.sa.s.是一家由是一家由SKODAPLZENSKODAPLZEN相关的产品生产相关的产品生产派生出来的新公司。

派生出来的新公司。

SKODAHOLDINGSKODAHOLDING主要的股东目前是主要的股东目前是SKODASKODAa.sa.s.,.,它管理着它管理着SKODASKODA部分资产，公司净资产大约为部分资产，公司净资产大约为3535亿亿CZKCZK，SKODAHOLDINGSKODAHOLDINGa.sa.s.及其子公司拥有及其子公司拥有73007300名雇员。

名雇员。

SkodaSkoda机车需要对不同的机车转向架的设计型式进行评估。

机车需要对不同的机车转向架的设计型式进行评估。

特别是，他们需要评估以不同的方式悬置电机及齿轮传动箱特别是，他们需要评估以不同的方式悬置电机及齿轮传动箱对机车稳定性能及舒适性能的影响。

对机车稳定性能及舒适性能的影响。

SKODAHOLDI