动车组牵引计算仿真系统设计研究

　　【摘要】动车作为一种便捷、快速的交通方式，已经变得越来越普遍，为实现对动车组行驶的良控制，需要对其进行牵引计算以提供设计决策支持，但是当前比较常用的动车组牵引计算仿真系统都存在一定的不足，难以确保计算结果的精准性，所以，便需要通过加大研究力度，对其加以改进和完善。文章立足于与动车组特点，指出了动车组牵引力计算仿真系统设计的重要意义，并对系统设计与实现进行了详细分析，测试结果表明系统各项功能良好，值得推广应用。

　　【关键词】动车组;牵引计算;仿真系统;设计;注意问题

　　1引言

　　现阶段我国所用动车组牵引计算仿真计算系统，基本以铁科《牵引电算》软件为主，其计算模型和计算模式不符合动车组动力分散特点，无法满足实际设计需求，存在计算结果不准确、曲线运行路程不合理、无法实现供电流仿真、无法实现电分相设置检验等问题，不利于行车组织设计的顺利开展，同时也会对动车组的运行控制造成不利影响。如何提高动车组牵引计算仿真系统计算的精准性及科学性，改善其各项工作性能，是推动我国动车事业快速发展过程中必须解决的难题。

　　2动车组特点

　　CHR系统动车组是我国高速铁路主要动车组型号，采用动力分散、交流传动方式运行，可实现双向开行，与普通列车相比，CHR动车组有着其自身显著特点。首先，普通列车驱动方式为集中牵引，限制了行驶速度，而动车组驱动方式为动力分散，牵引功率较大，可实现瞬时提速，更加适合高速行驶。其次，普通列车需的编组并不是固定不变的，应以运营计划为参照不定期的做出改变，而动车组无论是运营状态还是检修状态，都始终保持整体编组形式，编组类型基本不会有所调整，但是可以通过连挂同时驱动两辆动车组行驶。另外，动车组中采用了交流传动和复合制动技术，大大提升了列车启动的平稳性，且列车制动反应更加迅速，增强了列车的运行控制力度。最后，CHR系列动车行驶时速均超过了200km，远远高于普通列车行驶速度，相应的列车行驶过程中的空气阻力也比较大，且是动车组主要运行阻力。只有深入了解动车组特点，才能更加科学的开展动车组牵引计算仿真系统设计研究，通过上述分析可以为此次研究提供理论支持。

　　3动车组牵引力计算仿真系统设计重要意义

　　对于我国铁路运输事业发展来讲，动车组牵引力计算仿真系统设计是非常重要且必要的，其现实意义具体体现在以下几方面。第一，能够实现对高速动车组设计的优化。利用仿真系统在动车组设计生产之前，对其牵引力进行计算，可以准确把握列车各项性能设计要求，针对设计方案中的不足及时加以调整和优化，提高其科学性及精准性，避免因设计方案不合理，在生产后浪费大量资金。第二，能够实现对列车各项运营指标的优化。利用仿真系统绘制列车行驶图，可以更加直观的将不同列车、不同线路组合下的各项运营数据呈现出来，包括运行时分和能耗情况，然后以此作为依据制定更加合理的列车及线路组合方案，在减少运行时分的同时降低能耗。第三，能够满足线路试验测试需求。为避免列车实际行驶过程中出现危险隐患，需要借助仿真系统比较不同条件下及不同试验方案的优缺点，以便对试验方案进行优化，争取通过更少次的试验确保列车行驶安全，同时还能实现仿真研究和线路试验的相互验证。第四，能够为列车速度及效能的提升提供可靠依据口J。在仿真系统的帮助下，可以判断列车速度是否可以再次提升，新型列车和线路是否可以契合运营计划安排等，同时还可以对列车行驶事故进行深入分析，针对常见的安全隐患，制定完善的安全规章制度。这些都是动车组牵引力计算机仿真系统设计的重要意义，基于此，必须加大对其研究力度。

　　4动车组牵引力计算仿真系统设计与实现

　　动车组牵引力计算仿真系统设计与实现分为三步，首先应了解系统功能需求，然后再进行具体设计，最后测试系统验证其有效性。

　　4.1系统功能需求

　　某高铁路段当前所用动车组牵引计算仿真系统存在一定的功能缺陷，对其进行综合性分析，发现在对系统设计进行优化设计时，主要有以下功能需求。第一，数据管理，可以导入和输出多种形式的数据，包括Excel、Cad、Pdf等，并且可以通过人为操作保证数据精准性，还能够实现数据的长短链检查。第二，综合定时、节能、节时等需求分析，借助多质点模型精准计算牵引力，并提供满功率起车、递进起车等多种算法，满足不同情况起车计算需求。第三，能够实现自动计算和手动计算的随时切换。第四，可以对列车过分相进行自动计算和检算，并对动车组各项行使信息进行记录，在带电和不带电两种状态下，比较各分相指标。第五，提出建议闭塞分区长度及信号机布置方案，能够实现信号机的初始布点、图形化调整、追踪间隔逻辑检查等功能。第六，避免动车组减速过早、停站不准等问题，并采用空气制动和电力制动两种制动方式，避免制动距离过长。

　　4.2系统设计方案

　　根据动车组牵引计算仿真系统功能需求，在设计新系统时，主要将其分为七部分，分别包括数据管理系统、牵引计算系统、手动计算系统、电分相检算系统、信号机布置系统、结果输出系统及辅助系统。在七个子系统的相互配合下，可以有效改进原有动车组牵引计算仿真系统的不足，改善系统功能，确保计算结果的科学性和精准性，有利于该系统作用的充分发挥。新系统具体设计过程如下。

　　对于数据管理功能的设计，新系统设计了两种数据输入方式，包括用户手工输入、系统模板输入，其中利用模板输入数据时，可直接通过数据接口，将动车组参数数据、线路数据等，以Excel或Mdb文件形式，通过模板全部输入到系统中，然后再读取获得各项输入数据。获得所数据数据后，系统可以对其进行检验，包括长短链检查、坡度高程数据检查等，确保数据的科学性及精准性，发现异常时根据用户指示判断是否对其进行自动处理。同时，系统可以以Cad、Pdf等格式文件，输出各项数据的具体运算结果，并对输出步长加以调整，来控制计算结果输出精度，输出步长通常为1s。

　　设计系统牵引计算功能时，需要得知牵引计算参数、列车组合情况、线路组合情况等，才可进行计算。所用计算方法包括动态仿真计算和后台快速计算两种，前者可以对动车组实际行驶状态及线路纵断面进行模拟，同时还能获得列车的实时行驶参数。除此之外，系统还可以模拟动车组供电电流大小及能耗情况，并输出各种曲线图，包括速度一距离、电流一距离、能耗一距离等。

　　此次研究中，所设计的动车组牵引计算仿真系统具备手动计算功能，能够实现与自动计算的随时切换使用。通过对列车司机操作平台进行模拟，用户可以结合实际需求，输入列车相应运行状态，并对操作档位做出调整，然后利用各项数据进行动态计算。在这个过程中，用户发现自动计算得到的速度曲线不合理或者不理想，则可切换至手动计算模式，得到更为合理、精准的速度曲线。

　　新系统中电分相检算功能，具体设计方案如下：首先，可供用户自由选择是否进行分相，选择依据为电分相位置，可直接从线路数据中获取，当用户确定分相时，可系统会自动完成对列车的过分相检算，并在表格中分作两行记记录各项分相指标，包括出入分相速度、速度损失、延时长短等。其次，列车通过分相时，带电和不带电所显示的各项指标存在差异，系统此时可以对两种情况进行比较，对比参数包括出分相速度、在分相处所耗费的时间、列车速度变化等。

　　在信号机布置方面，所设计的新动车组牵引计算仿真系统，可以以牵引计算结果作为依据，确定闭塞分区长度，并自动完成对区间通过信号机的布置，在图形上将其具体布设情况直观显示出来，便于对信号机位置进行调整。同时，系统还可以检算列车的制动距离、追踪列车的行运间隔。利用仿真系统完成对动车组牵引计算后，系统还需要输出所得计算结果，同时可以预览并打印所得结果数据及仿真曲线，更加直观的将动车组运行情况呈现出来。输出内容具体包括区间运行时分数据、综合数据等。

　　为完善动车组牵引计算仿真系统功能，此次设计中增设了辅助子系统，能够设置各项参数，包括系统参数、计算参数、显示参数、打印参数等。并且对系统功能进行了详细介绍，提供由操作指导书，还以动画形式对系统使用进行演示，帮助用户快速掌握系统的使用。另外，在用户使用系统过程中，还提供功能操作提示，有效避免了误操作行为。

　　4.3系统功能测试

　　采用CRH5型动车组进行系统功能测试，其长度为203.1m，构造速度为350km/h，总功率为8900kW，回转质量系数为0.1，牵引力和制动力使用系数均为0.9，以某客运专线区间线路参数作为测试参数，设定动车组最大时速为300km，使用新系统对动车组进行牵引计算仿真。根据所得测试结果，从能量守恒角度进行考虑，比较动车组机械能增量和耗散力做功情况，可以发现两者曲线基本保持一致，最大偏差仅有7.683MJ，表明新系统各项功能较之以前均有所改善，大大提高了动车组牵引计算仿真系统的精准性。

　　5结语

　　在动车快速发展及普遍推广背景下，开发出一套具有较高准确性的动车组牵引计算仿真系统刻不容缓，既是对当前所用系统功能缺陷的改善，也是满足动车未来发展需求的必要举措，必须加大对其研究力度。只有明确动车组特点，认识到动车组牵引计算仿真系统设计的重要意义，根据系统功能需求，制定科学合理的设计方案，才能完善系统功能，充分发挥其价值和作用，为推动我国动车事业发展提供有力保障。

　　【参考文献】

　　【1】贾楠，侯红学，裴春兴，等.高速动车组牵引计算研究及软件设计[J].铁道机车与动车，2015，(4)：23-24.

　　【2]江程，动车纽牵引传动系统设计方法研究【D].西南交通大学，2015：26—34.

　　[3]王月仙.动车组牵引能耗仿真计算研究[J】.铁道机车车辆，2016，(5)：33-39.