一种高速轨道特种车的系统设计和虚拟实现.pdf

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1、一种高速轨道特种车的系统设计和虚拟实现杜水平，等一种高速轨道特种车的系统设计和虚拟实现SystemDesignandVirtuallmpIementatiOn0ftheHighSpeedSpeciaITrackVehicIe往水平1(上海交通大学系统控制与信息处理教育部重点实验室1，上海互冰1扬曰月1互春番2200240；上海交通大学机器人研究所2，上海200240)摘要：针对路轨融合的道路环境，将电动汽车系统与轨道交通系统相结合，设计了一种基于远程控制的、具备高加速能力的轨道特种车系统。分别介绍了车体系统的整体构架及其虚拟实现技术，并采用虚拟样机技术进行了实车仿

2、真和运动学分析。仿真结果表明，该系统设计合理，系统模型正确、有效。关键词：电动汽车驱动加速度模型人机界面远程控制中图分类号：TP27l文献标志码：AAbst瑚ct：Aimingattheroadenvimnmentofinte{j；raIionofroadandtracks，withdlecombinationoftheelectricvehicle5ystemandrailtransponsysfem。basedonremotecontrol，the8pecia】trackvehicIesystem血atfealufeshighaccelemtionc8pabi

3、Iityisdes培ned．TheoVeraIlfmmeworkofthevehicleandthevirtualimplementationtechnology盯eintrodwedre5pectively，byad叩tingvirtualprototypingtechnology，realvehjclesimulationandkinematicsanalysisareca砸edout．Thesimula“on化sulIshowsthatthissystemisreasonableandthesystemmodeliscorrectandef如c【ive．Ke

4、ywords：ElectricvehicleDriveAccelerationModelMan．machineintedhceRemotecontrolO引言随着高铁和城市地铁的发展，轨道交通对于人们生活的影响越来越大。通过对轨道车辆的研究发现，轨道车从静止状态加速运行到最大速度需要上千米的加速距离和数百秒的加速时间。然而对于特种行业中某些设备的极限加速度测试或者时间响应要求较高的移动平台，如果采用传统轨道车技术，势必会由于加速缓慢而导致试验轨道过长，从而使系统成本过高且难以实现。本文设计的轨道车是一种具备高加速能力的移动平台。为了验证该轨道车的运动性能，采用虚拟

5、样机技术(virtualpmtotypingtechnology，VPr)建立车体动力学模型，并进行实车仿真分析和后续优化。1系统设计理念低成本高速轨道车的设计主要考虑两大因素：一是具备较强的加速能力；二足在不影响设计目标效果的前提下，摒弃昂贵的设备，并结合项目要求，优选实车组成部件，从而实现低成本的设计目的。虽然现有的轨道车技术难以满足加速度的要国家自然科学基金资助项目(编号：91120018、61174178)。修改稿收到日期：20ll—11—29。第一作者杜水平(1984一)，男，现为上海交通大学自动化专业在读硕士研究生；主要从事自动化系统设计与动力学方面的

6、研究。《自动化仪表》第33卷第11期2012年11月求，但由于轨道并钢轮与铁轨之间的纯刚体接触设计对车体行驶过程中的侧向偏移会产生很大的抑制作用，因此，车体在高速行驶时的平顺性可以得到保证。电动汽车是汽车产业的发展方向，各国纷纷投入巨资进行研究开发。电动汽车的特点是以车载电源为动力、以电机驱动车轮行驶。由于电动汽车取消了动力源与驱动轮之间的传统机械连接而直接由电机驱动车轮，控制系统只需调节驱动电机的转矩即可直接控制车轮驱动力，所以电动机的响应速度较机械传动系统要快得多。由此，电动汽车大都具备良好的加减速能力。1。。这一特性同时也为开发高性能、低成本的动力学控制系统

7、和电动汽车奠定了基础。美国福特公司曾经制造过时速335kHl／h的电动汽车，即车体从静止加速到100km／h仅需2．5s。本文结合电动汽车具备的高加速能力、轨道车的导引作用以及偏移抑制能力，并基于路轨融合的全直线道路环境，设计了一种具备高加速能力、较低成本的轨道特种车。高速轨道车采用四轮走行、四轮导向的布局模式，车体结构左右对称、前后对称。轨道车主要采用超级电容作为能量源，考虑到超级电容的供电能力，在此采用后轮驱动模式。选择汽车橡胶轮作为走行轮，其位于铺设导轨的硬地面上，用于承受车体的垂1一种高速轨道特种车的系统设计和虚拟实现杜水平，等向载荷并传递牵引力和制动力给

8、路面。选择