[发明专利]一种轨道交通车辆门系统动力学联合仿真分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用SolidWorks、Ansys、ADAMS、Matlab进行联合仿真的分析方法，尤其涉及一种轨道车辆门系统动力学联合仿真分析方法。

背景技术

随着轨道交通的迅速发展，轨道车辆的需求逐年增加，作为轨道车辆系统中的一个关键大型部件，轨道车辆门系统的设计引起了轨道车辆设计、运用和运输管理部门的高度关注。轨道车辆门系统的安全性则直接影响轨道车辆安全，近年来，高速车辆系统的可靠性设计成为国内外学者研究的重要课题之一

传统的轨道门系统设计常采用方法是先进行门系统的需求分析，然后生产研制出样机，然后再进行门系统的工作运行实验，当通过实验发现问题时，需要修改设计，再加工样机，再进行样机实验，如此反复进行，尤其是当整个门系统的机构部件较多时，这存在着成本高、风险大、开发周期长等缺点；且在进行门系统整体部件设计过程，其参数大多是试凑法，往往不是最优的，因此不能有效地提高门系统的工作性能。

虚拟样机技术是通过机械系统运动学、动力学和控制理论为核心，结合成熟的三维计算机图形技术和基于图形的用户界面技术，对设计产品进行虚拟性能测试的一种高新技术。它可以在快速完成多次物理样机无法完成的仿真试验，并能输出相应的仿真结果。利用虚拟样机技术不但可以降低开发成本、缩短开发周期，而且可以极大地提高产品设计的质量，故应用虚拟样机技术对门系统的动力学特性进行分析研究具有很高的经济效益。

由于轨道车辆门系统机构复杂，包含有丝杆、螺母、门板等刚性体构件，同时还包含承载轮、门板密封条等柔性体构件，并且开、关门的控制系统根据运行需求的不同也较为复杂，故采用SolidWorks进行门系统刚性体的建模、Ansys进行门系统柔性体部件的模态分析、Matlab进行门系统控制算法的建模，最后在ADAMS中实现门系统的联合仿真。据文献检索，基于虚拟样机技术，而将Ansys、Matlab运用于轨道车辆门系统的仿真分析仍未见报道。因此，进行轨道车辆门系统动力学联合仿真分析方法的研究非常必要且具有重要意义。

发明内容

1.要解决的问题

本发明的目的在于针对现有技术通过样机实验进行优化设计的缺陷，提供一种轨道交通车辆门系统动力学联合仿真分析方法，使其能方便的模拟轨道车辆门系统的开、关门运动情况，真实的反映轨道车辆门的运动机理，以供轨道车辆门研制过程中机械结构设计、控制算法研究以及整体优化等方面

2.技术方案

一种轨道交通车辆门系统动力学联合仿真分析方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)在SolidWorks软件环境下，对轨道车辆门系统中主要零部件进行三维建模，并将三维模型转换为ADAMS可导入的中性格式文件。

(2)在Ansys中进行门系统中柔性体部件的模态分析，并转换为ADAMS可导入的中性格式文件替换刚体装配体中的刚体模型。

(3)对仿真模型进行前处理设置，设置材料属性、各零件之间的约束副、外界载荷等；

(4)在Matlab中建立轨道车辆门系统的不同控制算法，并通过ADAMS/Control模块实现整个轨道车辆门系统的运动学及动力学仿真，并调用ADAMS/Solver进行仿真计算，输出门系统零部件的位移、速度、加速度及各零件之间的相互作用力等仿真结果。

(5)搭建实验测试平台，并进行门系统运动实验测试，检测门板的位移、速度、加速度及摩擦力实验结果。

(6)将步骤(4)的仿真结果与步骤(5)的实验结果进行比较，若两者的位移曲线误差小于10％，说明所建模型的准确性及仿真分析的可行性，可进行后续的步骤(7)；若两者误差大于10％，说明所建模型与真实模型存在较大的误差，则返回步骤，则返回(3)，进行参数修改，直至两者误差小于10％。

(7)进行不同运动控制模式下的门系统运动仿真，输出车辆门装置的位移、速度，也即是以车辆门受到的冲击力最小、关门功率小于1W为优化目标，进行不同控制模式的仿真，寻找最佳的门控系统模式；进行在不同材料刚度属性、润滑条件和工况下的锁闭装置动力学特性仿真分析，输出锁闭装置的位移、速度、加速度及各零件之间的相互作用力，进而作为锁闭装置后续改进的理论依据。

其中，所述仿真模型包括的零件有：上导轨1，支撑块2，丝杆3，门板4，门扇胶条5，门槛6，承载轮7，锁套8，螺母座9，滚动锁销10，螺母套11，定位螺钉12，过渡套13。