高速列車制動(dòng)過程可視化

廖鉉++田春

摘 要：本文分析高速列車制動(dòng)過程原理，明確了高速列車制動(dòng)可視化的目的；將高速列車制動(dòng)過程可視化解析為制動(dòng)指令傳遞可視化和列車運(yùn)行可視化，以LabVIEW為開發(fā)平臺(tái)，控制調(diào)用對應(yīng)不同制動(dòng)指令的FLASH文件實(shí)現(xiàn)列車制動(dòng)指令傳遞可視化，同時(shí)調(diào)用SolidWorks三維列車模型并以實(shí)時(shí)速度和實(shí)時(shí)位移對模型賦值，實(shí)現(xiàn)了列車運(yùn)行可視化；結(jié)果表明：高速列車制動(dòng)過程可視化結(jié)果包含了制動(dòng)指令可視化呈現(xiàn)窗和列車運(yùn)行可視化呈現(xiàn)窗，直觀地展示了列車制動(dòng)原理列車運(yùn)行狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：列車制動(dòng)；可視化；SolidWorks模型調(diào)用；FLASH動(dòng)畫調(diào)用

中圖分類號(hào)：U270.35 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）18-0064-02

1 列車制動(dòng)與可視化原理

高速列車制動(dòng)系統(tǒng)由控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)組成。制動(dòng)控制單元根據(jù)實(shí)時(shí)速度信號(hào)和電制動(dòng)能力等條件，輸出每節(jié)車的電制動(dòng)力和制動(dòng)缸壓力。制動(dòng)過程的指令傳輸過程如圖1所示。電空配合中，電制動(dòng)優(yōu)先實(shí)施，通過比較目標(biāo)制動(dòng)力與根據(jù)再生減速度極限計(jì)算得到的電制動(dòng)力判斷電制動(dòng)力是否滿足制動(dòng)力需求，若電制動(dòng)力不足，則先補(bǔ)充拖車空氣制動(dòng)力，若拖車制動(dòng)力再不足，則補(bǔ)充動(dòng)車空氣制動(dòng)力。

2 基于LabVIEW的列車制動(dòng)可視化

2.1 制動(dòng)指令傳遞可視化

2.1.1 指令流的LabVIEW程序表達(dá)

制動(dòng)過程中所有可能出現(xiàn)的司控器指令變化情形有：

（1）初始司控器置于任意狀態(tài)，可發(fā)出對應(yīng)10種級(jí)位的制動(dòng)指令。（2）司控器相鄰級(jí)位間的切換。常用制動(dòng)1到7級(jí)和快速制動(dòng)位可以向相鄰級(jí)位任意切換，惰行級(jí)位只能向1級(jí)切換，快速位切換至緊急位后不能由緊急位切回，共17種級(jí)位切換。

指令分成2種類型：初始位置和切換位置。司控器的初始位置和切換位置兩種狀態(tài)對應(yīng)了兩類FLASH文件：1）“初始位置”置于任意檔位時(shí)包含管路充氣過程；2）“切換位置”管路空氣壓力漸變和司控器動(dòng)作（顏色漸變表示空氣壓力變化）。程序運(yùn)行時(shí)，司控器總是先至于初始位置再進(jìn)入切換位置。當(dāng)LabVIEW程序首次運(yùn)行，LabVIEW事件結(jié)構(gòu)判斷FLASH文件為“首次調(diào)用”并通過呈現(xiàn)窗顯示初始位置的FLASH動(dòng)畫文件；司控器切換級(jí)位時(shí)，判斷FLASH文件不是初次調(diào)用并通過呈現(xiàn)窗顯示切換位置的FLASH動(dòng)畫文件。

2.1.2 制動(dòng)指令FLASH動(dòng)畫

采用FLASH工具，制作了27種FLASH動(dòng)畫文件。FLASH動(dòng)畫內(nèi)容包含了司控器實(shí)時(shí)動(dòng)作、列車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置動(dòng)作、空氣管路動(dòng)作和指令傳遞。通過，LabVIEW“ActiveX容器”控件和條件函數(shù)，實(shí)現(xiàn)FLASH文件的調(diào)用。

2.2 列車運(yùn)行可視化

2.2.1 場景創(chuàng)建

運(yùn)用SolidWorks建立一輛車的三維模型。運(yùn)動(dòng)元素包括：平動(dòng)運(yùn)動(dòng)的軌道和場景背景、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的輪對。采用LabVIEW的“圖形與聲音”函數(shù)下“三維圖片控件”中的調(diào)用節(jié)點(diǎn)和屬性節(jié)點(diǎn)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了三維模型的調(diào)用與模型運(yùn)動(dòng)控制。采用LabVIEW的“紋理”函數(shù)，實(shí)現(xiàn)背景創(chuàng)建，在視覺上達(dá)到通過二維畫面創(chuàng)建三維場景的效果。

2.2.2 模型運(yùn)動(dòng)賦值

列車運(yùn)行速度和車輪的旋轉(zhuǎn)速度通過根據(jù)列車制動(dòng)指令計(jì)算結(jié)果來賦值。根據(jù)制動(dòng)級(jí)位指令，通過積分算法得出車體速度和車輪轉(zhuǎn)速。創(chuàng)建無限循環(huán)動(dòng)畫時(shí)，創(chuàng)建軌道a使之從窗口一側(cè)運(yùn)動(dòng)至另一側(cè)至窗口范圍以外，同時(shí)創(chuàng)建軌道b進(jìn)入窗口使其與a保持一致運(yùn)動(dòng)路徑；將a運(yùn)動(dòng)位移初始化。當(dāng)b運(yùn)動(dòng)至窗口外，a進(jìn)入窗口切b的位移初始化。同理創(chuàng)建無限長動(dòng)畫背景。

3 列車制動(dòng)可視化結(jié)果展示

結(jié)果包含制動(dòng)指令可視化和列車運(yùn)行可視化。輸入為列車運(yùn)行初始參數(shù)；輸出為列車運(yùn)行可視化場景，包含列車制動(dòng)過程的司控器實(shí)時(shí)動(dòng)作、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置動(dòng)作、空氣管路動(dòng)作和制動(dòng)指令傳遞的可視化場景，列車制動(dòng)運(yùn)行實(shí)時(shí)速度、位移、減速度和制動(dòng)時(shí)間等數(shù)據(jù)和圖表。LabVIEW仿真結(jié)果如圖2所示。

4 結(jié)語

通過LabVIEW編程完成列車制動(dòng)控制邏輯和制動(dòng)減速度、實(shí)時(shí)速度、制動(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間等參數(shù)的實(shí)時(shí)計(jì)算，以LabVIEW為平臺(tái)，調(diào)用SolidWorks模型和FLASH文件并以計(jì)算實(shí)時(shí)參數(shù)賦值，實(shí)現(xiàn)了高速列車制動(dòng)過程可視化。可得如下結(jié)論：通過LabVIEW調(diào)用FLASH動(dòng)畫和SolidWorks三維模型實(shí)現(xiàn)了列車運(yùn)行可視化，較好的展示了列車實(shí)時(shí)仿真運(yùn)行狀態(tài)，配合制動(dòng)參數(shù)的實(shí)時(shí)輸出顯示，可為制動(dòng)方案設(shè)計(jì)作參考。運(yùn)用LabVIEW可以實(shí)現(xiàn)列車制動(dòng)過程的指令傳遞和列車運(yùn)行可視化，更直觀簡明的展示列車制動(dòng)原理和過程，為列車制動(dòng)方案設(shè)計(jì)、列車模擬操作和無人駕駛的實(shí)現(xiàn)提供了探索方向。

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