基于相似理论的双挂汽车列车模型稳定性试验装置及方法
专利汇可以提供基于相似理论的双挂汽车列车模型稳定性试验装置及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种基于相似理论的双挂 汽车 列车模型 稳定性 试验装置及方法。试验装置由模型运动部分和 数据采集 与处理部分组成。模型运动部分包括双挂汽 车列 车车辆模型和自由组合式板，数据采集与处理部分包括 姿态 测量 传感器 、卫星 定位 仪、无线网络收发器、智能手机和便携式电脑。试验方法为：㈠自由组合式板构造不同形式的路面模型，供双挂汽车列车车辆模型运行；㈡利用遥控器操控驱动 电机 ，使双挂汽车列车车辆模型运行；㈢姿态 测量传感器 和卫星定位仪实时采集车辆模型的运行数据，通过无线网络收发器把运行数据传送给智能手机和/或便携式电脑。㈣对模型运行数据进行处理和分析，推导出对应实车的运行数据。本发明用于对双挂汽车列车的稳定性进行试验和研究。，下面是基于相似理论的双挂汽车列车模型稳定性试验装置及方法专利的具体信息内容。
1.一种基于相似理论的双挂汽车列车模型稳定性试验装置，其特征是：所述试验装置由按照相似理论构造的模型运动部分和数据采集与处理部分组成；所述模型运动部分包括牵引车车辆模型（1）、第一节平板半挂车车辆模型（2）、牵引拖台模型（3）、第二节平板半挂车车辆模型（4）和自由组合式板（7），由自由组合式板（7）构造不同形式的路面模型供双挂汽车列车车辆模型运行；所述数据采集与处理部分包括姿态测量传感器（5）、卫星定位仪（6）、无线网络收发器、智能手机和便携式电脑；所述姿态测量传感器（5）和卫星定位仪（6）分别放置在牵引车车辆模型（1）、第一节平板半挂车车辆模型（2）、牵引拖台模型（3）和第二节平板半挂车车辆模型（4）的质心；上述各车辆模型的姿态测量传感器和卫星定位仪连接到无线网络收发器，无线网络收发器通过无线网络与智能手机和电脑通信连接。
2.根据权利要求1所述的基于相似理论的双挂汽车列车模型稳定性试验装置，其特征是：实车尺寸与车辆模型尺寸的比值为：kL=LR/LM，式中：
LR：实车尺寸；
LM：对应的车辆模型尺寸；
kL：实车尺寸与对应的车辆模型尺寸的比值。
3.根据权利要求1所述的基于相似理论的双挂汽车列车模型稳定性试验装置，其特征是：依据相似理论构造路面模型的附着系数，对自由组合式板（7）表面进行涂覆和处理，构造不同类型的路面模型。
4.根据权利要求3所述的基于相似理论的双挂汽车列车模型稳定性的试验装置，其特征是：所述路面模型为采用砂类材料涂覆层模拟砂石路面、蜡质材料涂覆层模拟低附着的光滑路面、透明树脂类材料涂覆层模拟结冰路面或瓦楞纸芯涂覆层模拟凹凸不平的路面。
5.根据权利要求3所述的基于相似理论的双挂汽车列车模型稳定性的试验装置，其特征是：实车试验中路面长度与所述自由组合式板（1）构造的路面模型长度的比值为：ks=Lr/Lb，式中：
Lr：实车试验中的路面长度，单位：m；
Lb：自由组合式板构造的路面模型长度，单位：m；
ks：实车试验中的路面长度与自由组合式板构造的路面模型长度的比值。
6.根据权利要求3所述的基于相似理论的双挂汽车列车模型稳定性试验装置，其特征是：所述自由组合式板（7）的下部设有垫脚，用于调整路面模型的倾斜角度，构造现实中不同纵向坡度和横向坡度的路面。
7.根据权利要求1所述的基于相似理论的双挂汽车列车模型稳定性试验装置，其特征是：所述试验装置设有遥控器（8），所述牵引车车辆模型（1）设有电机控制器、转向驱动电机和速度调节驱动电机，所述遥控器与电机控制器通信连接，所述电机控制器与转向驱动电机和速度调节驱动电机电路连接。
8.一种根据权利要求1所述的基于相似理论的双挂汽车列车模型稳定性试验装置的试验方法，过程包括：
㈠根据试验要求，由自由组合式板（7）构造不同形式的路面模型，供双挂汽车列车车辆模型运行；
㈡利用遥控器（8）操控转向驱动电机和速度调节驱动电机，使按照相似理论成比例系数缩小的双挂汽车列车车辆模型转向、起动、加速、减速、匀速和/或停止；
㈢安置在双挂汽车列车车辆模型上的姿态测量传感器（5）和卫星定位仪（6）实时采集双挂汽车列车车辆模型的运行数据，并通过无线网络收发器把运行数据传送给智能手机和/或便携式电脑；所述智能手机和/或便携式电脑通过无线网络收发器控制姿态测量传感器和卫星定位仪开始或停止采集运行数据；
㈣所述的智能手机和/或便携式电脑对模型运行数据进行处理和分析，基于相似理论推导出对应实车的运行数据，输出模型运行数据和实车车辆运行数据结果。
9.根据权利要求8所述的基于相似理论的双挂汽车列车模型稳定性试验方法，其特征是：所述运行数据为各车辆模型的加速度（aM）、角速度（ωM）、角度（ϕM）、行驶轨迹（sM）和行驶速度（vM）；所述姿态测量传感器（5）测量各车辆模型的加速度、角速度和角度，所述卫星定位仪（6）记录各车辆模型的行驶轨迹和行驶速度。
10.根据权利要求8所述的基于相似理论的双挂汽车列车模型稳定性试验方法，其特征是：基于相似理论由模型运行数据推导出对应实车的运行数据的计算公式为：
aR=ka*aM
ωR=kω*ωM
ϕR=kϕ*ϕM
sR=ks*sM
vR=kv*vM
式中：
aR、ωR、ϕR、sR和vR分别为实车的加速度、角速度、角度、行驶轨迹和行驶速度；aM、ωM、ϕM、sM和vM为各车辆模型的加速度、角速度、角度、行驶轨迹和行驶速度；ka、kω、kϕ、ks和kv分别为实车与车辆模型的加速度比值、角速度比值、角度比值、行驶轨迹比值和行驶速度比值。
基于相似理论的双挂汽车列车模型稳定性试验装置及方法
技术领域
背景技术
发明内容
LM：对应的车辆模型尺寸；
kL：实车尺寸与对应的车辆模型尺寸的比值；kL的取值范围为2～100。
kμ，实车试验中路面的附着系数与基于相似理论构造路面模型的附着系数的比值；
μR，实车试验中路面的附着系数；
μM，路面模型的附着系数。
Lb：自由组合式板构造的路面模型长度，单位：m；
ks：实车试验中的路面长度与自由组合式板构造的路面模型长度的比值，kS的取值范围为2～100。
㈡利用遥控器操控转向驱动电机和速度调节驱动电机，使按照相似理论成比例系数缩小的双挂汽车列车车辆模型转向、起动、加速、减速、匀速和/或停止；
㈢安置在双挂汽车列车车辆模型姿态测量传感器和卫星定位仪实时采集模型的运行数据，并通过无线网络收发器把运行数据传送给智能手机和/或便携式电脑；智能手机和/或便携式电脑通过无线网络收发器控制姿态测量传感器和卫星定位仪开始或停止采集运行数据；
㈣智能手机和便携式电脑对模型运行数据进行处理和分析，基于相似理论推导出对应实车的运行数据，输出模型运行数据和实车车辆运行数据结果。
ωR=kω*ωM
ϕR=kϕ*ϕM
sR=ks*sM
vR=kv*vM
式中：
aR、ωR、ϕR、sR、vR分别为实车的加速度、角速度、角度、行驶轨迹和行驶速度。ka、kω、kϕ、ks和kv分别为实车与车辆模型的加速度比值、角速度比值、角度比值、行驶轨迹比值和行驶速度比值。ka、kω、kϕ、ks和kv的取值范围为1～100。
图3为转向驱动电机和速度调节驱动电机的遥控示意图；
图4为本发明基于相似理论的双挂汽车列车模型稳定性试验方法的流程示意图；
其中：1—牵引车车辆模型、2—第一节平板半挂车车辆模型、3—牵引拖台模型、4—第二节平板半挂车车辆模型、5—姿态测量传感器、6—卫星定位仪、7—自由组合式板；8—遥控器。
具体实施方式
LM：对应的车辆模型尺寸；
kL：实车尺寸与对应的车辆模型尺寸的比值；
实车试验中路面长度与自由组合式板1构造的长度的比值ks=Lr/Lb，
式中：
Lr：实车试验中的路面长度，单位：m；
Lb：自由组合式板构造的路面模型长度，单位：m；
ks：实车试验中的路面长度与自由组合式板构造的路面模型长度的比值；
本实施例kL和选用ks的选值为10，即模型是实车的十分之一。
㈡利用遥控器8操控转向驱动电机和速度调节驱动电机，使按照相似理论成比例系数缩小的双挂汽车列车车辆模型转向、起动、加速、减速、匀速或停止；
㈢安置在双挂汽车列车车辆模型姿态测量传感器5和卫星定位仪6实时采集双挂汽车列车车辆模型的运行数据，运行数据包括加速度、角速度、角度、行驶轨迹和行驶速度。姿态测量传感器5测量模型的加速度、角速度和角度，卫星定位仪6记录模型的行驶轨迹和行驶速度。通过无线网络收发器把运行数据传送给智能手机和/或便携式电脑，智能手机和/或便携式电脑通过无线网络收发器控制姿态测量传感器和卫星定位仪开始或停止采集运行数据；
㈣的智能手机和便携式电脑对模型运行数据进行处理和分析，基于相似理论推导出对应实车的运行数据，输出模型运行数据和实车车辆运行数据结果。推导公式为：
aR=ka*aM
ωR=kω*ωM
ϕR=kϕ*ϕM
sR=ks*sM
vR=kv*vM
式中：；
aR、ωR、ϕR、sR、vR分别为实车的加速度、角速度、角度、行驶轨迹和行驶速度；aM、ωM、ϕM、sM和vM为各车辆模型的加速度、角速度、角度、行驶轨迹和行驶速度；ka、kω、kϕ、ks、kv分别为实车与车辆模型的加速度比值、角速度比值、角度比值、行驶轨迹比值和行驶速度比值。
⑵车辆模型试验中，位移记作sM，时间记作tM，位移记作νM。试车车辆模型的位移比例系数为kS，时间比例系数为kt，速度比例系数为kv，加速度比例系数为kα，角速度比例系数为kω。
kS=sR/sM，此为已知（即事先预定好的）
② 实车运行时间估算：
tR=sR/vR，其中的位移和速度都是事先预定好的
③ 实车与车辆模型运行时间的比例系数可估算：
kt=tR/tM，其中tR是估算的，tM在车辆模型试验中准确测得。那么可得：
④速度的比例系数为：
那么，近似认为加速度与位移的关系
，可得：
⑤加速度的比例系数为：
实车与车辆模型相比，根据几何关系，三角形相似定理可知，牵引车前轮转向角度与牵引车车辆模型前轮转向角度是一致的，即θR=θM
所以，角度的比例系数为kθ=1
⑥角速度的比例系数为：
至此，推算出了所有的比例系数，其它物理量的比例系数以此类推出来。
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