(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210820901.X (22)申请日 2022.07.13 (71)申请人 中南大学 地址 410083 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路932号 (72)发明人 刘龙　易兵　沈欣　 (74)专利代理 机构 长沙智勤知识产权代理事务 所(普通合伙) 43254 专利代理师 吴子鑫 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种物理驱动 的轨道车辆轮轨接触点计算 方法 (57)摘要 本发明公开了一种物理驱动的轨道车辆轮 轨接触点计算方法， 包括： 获取轮轨设计资料， 并 根据轮轨设计资料构建轮轨二维参数化模型的 离散表达， 以得到离散轮轨几何坐标数据； 通过 非接触式激光位移传感器采集一个镟修周期的 车轮踏面磨耗廓形， 采用豪斯多夫距离方法获取 不同服役周期内轮轨廓形实测磨耗数据； 根据实 际服役工 况获取车辆系统参数， 基于车辆系统参 数通过动力学仿真软件获取服役周期内的轮轨 廓形演化仿真数据； 本发明构建基于单元连接参 数化方法的轮轨接触模型， 应用卷积操作算子及 阶跃函数方法进行离散模型连续化处理， 采用移 动渐近线方法更新轮轨接触连接参数， 从而实现 轮轨接触参数的连续优化与精确计算。 权利要求书4页 说明书11页 附图2页 CN 115186487 A 2022.10.14 CN 115186487 A 1.一种物理驱动的轨道车辆轮轨 接触点计算方法， 其特 征在于， 包括： 获取轮轨设计资料， 并根据轮轨设计资料构建轮轨二维参数化模型的离散表达， 以得 到离散轮轨几何坐标 数据； 通过非接触式激光位移传感器采集一个镟修周期的车轮踏面磨耗廓形， 采用豪斯多夫 距离方法获取不同服役周期内轮轨廓形实测磨耗数据； 根据实际服役工况获取车辆系统参数， 基于车辆系统参数通过动力学仿真软件获取服 役周期内的轮轨廓形演化仿真数据； 根据离散轮轨几何坐标数据、 轮轨廓形实测磨耗数据和轮轨廓形演化仿真数据， 构建 基于单元连接参数化的离 散轮轨接触模型； 基于离散轮轨接触模型， 采用卷积操作算子过滤设计变量， 引入卷积算子与微分阶跃 函数建立连续的轮轨 接触优化模型； 基于连续的轮轨接触优化模型， 采用灵敏度分析方法确定设计变量与目标函数下降关 系， 并同时采用移动渐近线法实现轮轨 接触参数的迭代优化与更新。 2.根据权利要求1所述的一种物理驱动的轨道车辆轮轨接触点计算方法， 其特征在于， 所述基于连续的轮轨接触优化模型， 采用灵敏度分析方法确定 设计变量与目标函数下降关 系， 并同时采用移动渐近线法实现轮轨 接触参数的迭代优化与更新， 之后还 包括： 基于轮轨廓形实测磨耗数据与轮轨廓形演化仿真数据， 验证连续的轮轨接触优化模型 的有效性。 3.根据权利要求1所述的一种物理驱动的轨道车辆轮轨接触点计算方法， 其特征在于， 所述获取轮轨设计资料， 并根据轮轨设计资料构建轮轨二维参数化模型 的离散表达， 以得 到离散轮轨几何坐标 数据， 包括： 根据轮轨设计资料， 采用二维建模软件实现轮轨型面参数化建模， 然后采取离散化方 法将参数化 曲线离散处理， 得到离散轮轨几何坐标数据， 从而实现轮轨几何廓形 的离散化 表达。 4.根据权利要求2所述的一种物理驱动的轨道车辆轮轨接触点计算方法， 其特征在于， 所述通过非接触式激光位移传感器采集一个镟修周期的车轮踏面磨耗廓形， 采用豪斯多 夫 距离方法获取不同服役周期内轮轨廓形实测磨耗数据， 包括： 采用非接触式二维激光位移传感器连续采集服役车轮表面， 以获取实测轮轨廓形的点 云数据； 采用最近邻点对 匹配方法调整实测轮轨廓形的位姿， 以实现不同坐标系下实测轮轨廓 形的点云数据配准； 采用豪斯多夫距离方法计算得到轮轨廓形实测磨耗数据。 5.根据权利要求4所述的一种物理驱动的轨道车辆轮轨接触点计算方法， 其特征在于， 所述采用最近邻点对匹配方法调整实测轮轨廓形的位姿， 以实现不同坐标系下实测轮轨廓 形的三维点云数据配准， 包括： 将激光位移传感器所在坐标系与 标准轮轨所在的坐标系 进行配准变换， 配准变换公式 为：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115186487 A 2式中， 实测轮轨廓形的点云数据为M(mx,my)， 标准轮轨廓形的点云数据为 N(nx,ny)； 基于旋转变换矩阵R及平移向量t将所述配准变换公式表示为转换公式， 转换公式如 下： 基于转换公式对实测轮轨廓形进行坐标转换。 6.根据权利要求1所述的一种物理驱动的轨道车辆轮轨接触点计算方法， 其特征在于， 所述根据实际服役工况获取车辆系统参数， 基于车辆系统参数通过动力学仿真软件获取服 役周期内的轮轨廓形演化仿真数据， 包括： 构建轮轨耦合的车辆系统动力学模型； 计算车辆运行过程中轮轨接触几何参数， 构建轮轨接触力学模型以计算服役过程中的 局部接触参数； 根据轮轨接触材料物理及轮轨接触力， 构建轮轨材料接触磨损模型， 实现轮轨服役过 程型面磨耗物理仿真以获取服役周期内的轮轨廓形演化仿真数据。 7.根据权利要求1所述的一种物理驱动的轨道车辆轮轨接触点计算方法， 其特征在于， 所述根据离散轮轨几何坐标数据、 轮轨廓形实测磨耗数据和轮轨廓形演化仿真数据， 构建 基于单元连接参数化的离 散轮轨接触模型， 包括： 通过优化轮轨磨耗差值， 以确定轮轨 接触连接参数， 其中， 轮轨 接触连接参数表示 为： findΩ＝{ω1,ω2,...,ωn} minimize|h‑v(ω)|2 式中， ω表示轮轨接触连接参数， h为轮轨廓形实测磨耗数据或轮轨廓形演化仿真数 据， v为物理驱动的轮轨磨耗量， k为轮轨界面摩擦系数， p为轮轨法向接触压力， s为车轮蠕 滑距离， H为轮轨接触界面较软材料的硬度， Ω是轮轨连接系数， 是ω的集合， i为ω的下标 索引。 8.根据权利要求1所述的一种物理驱动的轨道车辆轮轨接触点计算方法， 其特征在于， 所述基于离散轮轨接触模型， 采用卷积操作算子过滤设计变量， 引入卷积算子与微分阶跃 函数建立连续的轮轨 接触优化模型， 包括： 将轮轨接触连接参数 连续化； 采用卷积算子过 滤轮轨连接参数； 采用可微分阶跃函数将过滤后的轮轨连接参数向0 ‑1的整数空间投影， 实现连接参数 的离散化映射， 以得到连续的轮轨 接触优化模型。 9.根据权利要求8所述的一种物理驱动的轨道车辆轮轨接触点计算方法， 其特征在于，权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115186487 A 3