列车运载液态物的弯道行驶平稳性分析方法、系统及终端与流程

1.本发明涉及列车安全监测技术领域，更具体地说，它涉及列车运载液态物的弯道行驶平稳性分析方法、系统及终端。


背景技术：

2.油罐车、洒水车、化工液体运输车等液体运输车辆，由于运载物的流动特性，直线行驶和弯道行驶过程中因液体的晃动改变整体车辆重心位置，尤其是在弯道行驶过程，重心较大程度的变化，轻则引起车辆滑动，重则引起车辆发生侧缝；且由于大部分液体运输车辆都是危化品，一旦发生事故将会造成非常严重的影响，所以对液体运输车辆进行安全驾驶监测尤为重要。
3.现有技术中，对于液体运输车辆弯道行驶安全监测，主要是将车罐内液面简化为参考平面，将液体运输车即将发生侧倾时的重心情况与实时的侧倾重心对比分析，依据计算得到的侧翻临界车速值对实时运行车速进行预警。然而，车辆在正常运行过程中的摩擦阻力为滚动摩擦，在发生侧翻之前滚动摩擦阻力会变成滑动摩擦阻力。上述的液体运输车辆弯道行驶安全监测直接以侧翻临界车速值进行预警，受驾驶人员反应能力、驾驶熟练度、路面防滑性能等多方面因素影响，即使在侧翻临界车速值之前进行预警，也有可能导致驾驶人员无法做出有效措施，从而使得车辆侧翻预警失效。此外，受液体运输车内部液体的占空比影响，部分倾斜角度下的实际液面转化为参考平面时存在较大的误差，从而导致侧翻预警的准确度较低。
4.因此，如何研究设计一种列车运载液态物的弯道行驶平稳性分析方法、系统及终端，为运载液体的车辆在弯道行驶时提供准确、可靠的预警分析基础数据。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供列车运载液态物的弯道行驶平稳性分析方法、系统及终端，为运载液体的车辆在弯道行驶时提供准确、可靠的预警分析基础数据，不仅可以应用于车辆实际运行过程的安全监测分析，还可以应用于模拟动感驾驶的水平测试。
6.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
7.第一方面，提供了列车运载液态物的弯道行驶平稳性分析方法，包括以下步骤：
8.获取列车运载液态物的运载参数信息；
9.根据运载参数信息建立液态波动分析模型；
10.获取列车内部液态物的径向最大重心偏移量；
11.获取列车弯道行驶过程的实时行驶速度、行驶弯道轨迹半径，并将实时行驶速度、行驶弯道轨迹半径输入到液态波动分析模型，计算得到液态波动重心偏移量；
12.将液态波动重心偏移量与径向最大重心偏移量对比分析，得到平稳性分析结果。
13.进一步的，所述液态波动重心偏移量的计算公式具体为：
[0014][0015]
其中，s表示沿行驶弯道轨迹半径方向的液态波动重心偏移量；m
c
表示列车未运载液态物时的车身重量；ρ表示液态物的密度；d表示列车沿行驶弯道轨迹半径方向的宽度；a表示列车沿实时行驶速度方向的长度；x表示列车内部液态物水平静止状态时的液位高度；v1表示列车弯道行驶的实时行驶速度；v0表示列车安全运行状态的最大运行速度；r0表示行驶弯道轨迹半径。
[0016]
进一步的，所述列车安全运行状态的最大运行速度依据匀速圆周运动平衡状态计算得到，具体计算公式为：
[0017][0018]
其中，f表示列车运行过程的滚动摩擦阻力；θ表示列车行驶过程牵引力方向与实时行驶速度方向间的夹角。
[0019]
进一步的，所述行驶弯道轨迹半径的获取过程具体为：
[0020]
获取列车在预设行驶周期内的导航路径信息，并依据轨迹圆心处于同侧将导航路径信息划分为至少一个导航路径段；
[0021]
根据导航路径信息计算导航路径段中各个路径点位的轨迹半径值，并根据同一导航路径段中所有的轨迹半径值计算得到相应的半径平均值；
[0022]
将预设比例系数与半径平均值相乘后计算得到相应的标准半径范围；
[0023]
判断导航路径段中所有的轨迹半径值是否均在标准半径范围内；若是，则对应导航路径段中的轨迹半径值全替换为相应的半径平均值；若不是，则采用二分法对导航路径段进行缩小划分，重复分析处理直至各个路径点位的轨迹半径值均完成替换。
[0024]
进一步的，所述径向最大重心偏移量依据运载参数信息计算得到，具体计算公式为：
[0025][0026]
其中，s
max
表示列车内部液态物的径向方向最大重心偏移量；d表示列车沿行驶弯道轨迹半径方向的宽度；z表示列车内部的空置容纳高度；x表示列车内部液态物水平静止状态时的液位高度。
[0027]
进一步的，该方法还包括：
[0028]
实时检测列车运行过程中的道路路面是否存在内斜设计；若存在，则获取道路路面的内斜角度；
[0029]
根据内斜角度将液态波动重心偏移量转换为模拟重心偏移量，并依据模拟重心偏移量进行平稳性对比分析。
[0030]
进一步的，所述模拟重心偏移量的转换公式具体为：
[0031]
s'＝s
×
cosβ
[0032]
其中，s'表示模拟重心偏移量；β表示内斜角度。
[0033]
进一步的，所述平稳性分析结果的分析过程具体为：
[0034]
计算液态波动重心偏移量与径向最大重心偏移量的比值，得到偏移系数；
[0035]
根据偏移系数匹配到相应的预设平稳性等级，并根据匹配的预设平稳性等级生成平稳预警信号，以平稳预警信号作为输出的平稳性分析结果。
[0036]
第二方面，提供了列车运载液态物的弯道行驶平稳性分析系统，包括：
[0037]
信息获取模块，用于获取列车运载液态物的运载参数信息；
[0038]
模型构建模块，用于根据运载参数信息建立液态波动分析模型；
[0039]
数据计算模块，用于获取列车内部液态物的径向最大重心偏移量；
[0040]
模型计算模块，用于获取列车弯道行驶过程的实时行驶速度、行驶弯道轨迹半径，并将实时行驶速度、行驶弯道轨迹半径输入到液态波动分析模型，计算得到液态波动重心偏移量；
[0041]
平稳分析模块，用于将液态波动重心偏移量与径向最大重心偏移量对比分析，得到平稳性分析结果。
[0042]
第三方面，提供了一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面中任意一项所述的列车运载液态物的弯道行驶平稳性分析方法。
[0043]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0044]
1、本发明通过对运载液态物的车辆在弯道行驶过程中因重心变化而引起的车辆侧滑进行分析，首先依据了行驶弯道轨迹半径和实时行驶速度对运载液态物的重心进行变化分析，并结合车辆空载重心准确分析得到运载液态物的车辆的实际重心变化，并参考即将发生侧滑时的径向最大重心偏移量，分析得到平稳性分析结果，可以为运载液体的车辆在弯道行驶时提供准确、可靠的预警分析基础数据；
[0045]
2、本发明考虑了受液体运输车内部液体的占空比影响而引起的车辆内部液态物的真实液面变化情况，使得重心变化分析结果更加准确、可靠；
[0046]
3、本发明依据车辆运行过程中的运载参数信息对应计算得到径向最大重心偏移量，能够根据具体运行情况进行适应性分析，减小了分析误差；
[0047]
4、本发明通过对导航路径段进行简化处理，既减少了车辆行驶过程的数据采集频率，同时降低了平稳性分析过程的数据处理量复杂度，有效减小了数据计处理过程的延迟，有效提高了平稳性分析结果的时效性；
[0048]
5、本发明还综合考虑了道路斜面设置对平稳性分析结果的影响，能够针对道路实际情况进行实际分析。
附图说明
[0049]
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
[0050]
图1是本发明实施例中的流程图；
[0051]
图2是本发明实施例中列车安全运行状态的最大运行速度求解示意图；
[0052]
图3是本发明实施例中行驶弯道轨迹半径的分析获取流程图；
[0053]
图4是本发明实施例中最大重心偏移量的分析原理图；
[0054]
图5是本发明实施例中的系统框图。
具体实施方式
[0055]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0056]
实施例1：列车运载液态物的弯道行驶平稳性分析方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0057]
s1：获取列车运载液态物的运载参数信息；
[0058]
s2：根据运载参数信息建立液态波动分析模型；
[0059]
s3：获取列车内部液态物的径向最大重心偏移量；
[0060]
s4：获取列车弯道行驶过程的实时行驶速度、行驶弯道轨迹半径，并将实时行驶速度、行驶弯道轨迹半径输入到液态波动分析模型，计算得到液态波动重心偏移量；
[0061]
s5：将液态波动重心偏移量与径向最大重心偏移量对比分析，得到平稳性分析结果。
[0062]
本发明通过对运载液态物的车辆在弯道行驶过程中因重心变化而引起的车辆侧滑进行分析，首先依据了行驶弯道轨迹半径和实时行驶速度对运载液态物的重心进行变化分析，并结合车辆空载重心准确分析得到运载液态物的车辆的实际重心变化，并参考即将发生侧滑时的径向最大重心偏移量，分析得到平稳性分析结果，可以为运载液体的车辆在弯道行驶时提供准确、可靠的预警分析基础数据。
[0063]
液态波动重心偏移量的计算公式具体为：
[0064][0065]
其中，s表示沿行驶弯道轨迹半径方向的液态波动重心偏移量；m
c
表示列车未运载液态物时的车身重量；ρ表示液态物的密度；d表示列车沿行驶弯道轨迹半径方向的宽度；a表示列车沿实时行驶速度方向的长度；x表示列车内部液态物水平静止状态时的液位高度；v1表示列车弯道行驶的实时行驶速度；v0表示列车安全运行状态的最大运行速度；r0表示行驶弯道轨迹半径。本发明考虑了受液体运输车内部液体的占空比影响而引起的车辆内部液态物的真实液面变化情况，使得重心变化分析结果更加准确、可靠。
[0066]
如图2所示，列车安全运行状态的最大运行速度依据匀速圆周运动平衡状态计算得到，具体计算公式为：
[0067][0068]
其中，f表示列车运行过程的滚动摩擦阻力；θ表示列车行驶过程牵引力方向f
q
与实时行驶速度方向间的夹角。图2中的虚线为行驶弧形轨迹，o为行驶弧形轨迹所对应的圆心。
[0069]
如图3所示，行驶弯道轨迹半径的获取过程具体为：
[0070]
s401：获取列车在预设行驶周期内的导航路径信息，并依据轨迹圆心处于同侧将导航路径信息划分为至少一个导航路径段；
[0071]
s402：根据导航路径信息计算导航路径段中各个路径点位的轨迹半径值，并根据
同一导航路径段中所有的轨迹半径值计算得到相应的半径平均值；
[0072]
s403：将预设比例系数与半径平均值相乘后计算得到相应的标准半径范围；
[0073]
s404：判断导航路径段中所有的轨迹半径值是否均在标准半径范围内；若是，则对应导航路径段中的轨迹半径值全替换为相应的半径平均值；若不是，则采用二分法对导航路径段进行缩小划分，重复分析处理直至各个路径点位的轨迹半径值均完成替换。
[0074]
本发明通过对导航路径段进行简化处理，既减少了车辆行驶过程的数据采集频率，同时降低了平稳性分析过程的数据处理量复杂度，有效减小了数据计处理过程的延迟，有效提高了平稳性分析结果的时效性。
[0075]
如图4所示，图中的m为液态物处于静态液位时的重心，也可以是车辆空载静止时的重心，p为液态物处于极限液位时的重心，n为液态物变化后整个车辆的重心。根据n与m的位移差即可计算得到径向最大重心偏移量。
[0076]
径向最大重心偏移量依据运载参数信息计算得到，具体计算公式为：
[0077][0078]
其中，s
max
表示列车内部液态物的径向方向最大重心偏移量；d表示列车沿行驶弯道轨迹半径方向的宽度；z表示列车内部的空置容纳高度；x表示列车内部液态物水平静止状态时的液位高度。需要说明的是，径向最大重心偏移量还可以依据大数据分析历史数据，并通过行驶轨迹匹配得到。本发明依据车辆运行过程中的运载参数信息对应计算得到径向最大重心偏移量，能够根据具体运行情况进行适应性分析，减小了分析误差。
[0079]
本发明提供的列车运载液态物的弯道行驶平稳性分析方法还包括：
[0080]
s6：实时检测列车运行过程中的道路路面是否存在内斜设计；若存在，则获取道路路面的内斜角度；
[0081]
s7：根据内斜角度将液态波动重心偏移量转换为模拟重心偏移量，并依据模拟重心偏移量进行平稳性对比分析。
[0082]
模拟重心偏移量的转换公式具体为：
[0083]
s'＝s
×
cosβ
[0084]
其中，s'表示模拟重心偏移量；β表示内斜角度。本发明还综合考虑了道路斜面设置对平稳性分析结果的影响，能够针对道路实际情况进行实际分析。
[0085]
平稳性分析结果的分析过程具体为：
[0086]
s501：计算液态波动重心偏移量与径向最大重心偏移量的比值，得到偏移系数；
[0087]
s502：根据偏移系数匹配到相应的预设平稳性等级，并根据匹配的预设平稳性等级生成平稳预警信号，以平稳预警信号作为输出的平稳性分析结果。
[0088]
实施例2：列车运载液态物的弯道行驶平稳性分析系统，如图5所示，包括信息获取模块、模型构建模块、数据计算模块、模型计算模块、平稳分析模块。
[0089]
其中，信息获取模块，用于获取列车运载液态物的运载参数信息。模型构建模块，用于根据运载参数信息建立液态波动分析模型。数据计算模块，用于获取列车内部液态物的径向最大重心偏移量。模型计算模块，用于获取列车弯道行驶过程的实时行驶速度、行驶弯道轨迹半径，并将实时行驶速度、行驶弯道轨迹半径输入到液态波动分析模型，计算得到液态波动重心偏移量。平稳分析模块，用于将液态波动重心偏移量与径向最大重心偏移量
对比分析，得到平稳性分析结果。
[0090]
工作原理：本发明通过对运载液态物的车辆在弯道行驶过程中因重心变化而引起的车辆侧滑进行分析，首先依据了行驶弯道轨迹半径和实时行驶速度对运载液态物的重心进行变化分析，并结合车辆空载重心准确分析得到运载液态物的车辆的实际重心变化，并参考即将发生侧滑时的径向最大重心偏移量，分析得到平稳性分析结果，可以为运载液体的车辆在弯道行驶时提供准确、可靠的预警分析基础数据。
[0091]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0092]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0093]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0094]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0095]
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。