本发明涉及轨道车辆试验，具体涉及轨道车辆线路运行状态实时混合滚振试验台及试验方法。
背景技术：
1、现有的传统铁路车辆振动台试验中，车辆模型静止于轨道上，无法体现车辆在轨道上运行时复杂的轮轨相互作用；而传统滚振台试验中则只能模拟不同类型轨道不平顺及曲线工况，未考虑在外部荷载作用下线路结构的实际响应。
2、而现有技术中申请号为cn202310562337.0的发明专利公开的磁悬浮桥上行车实时混合试验装置虽然解决了上述问题。但是仍存在以下不足，1.只能模拟桥梁这一种线路模型；2.只能针对单转向架或整车进行模拟，无法应用于多节车厢的试验场景，也无法模拟相邻车厢之间的影响；3.只能通过加载设备施加均布力，来模拟磁悬浮列车的运行状态，而无法针对轮轨接触式的列车进行试验。
技术实现思路
1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种适用范围广的轨道车辆线路运行状态实时混合滚振试验台。
2、本发明还提出一种使用上述轨道车辆线路运行状态实时混合滚振试验台的试验方法。
3、根据发明的第一方面实施例的轨道车辆线路运行状态实时混合滚振试验台，包括试验子结构300、固定装置200、试验台100、数据采集装置、激励模块、仿真系统、线路数值模型求解模块和控制系统；
4、试验子结构300为待试验的列车模拟部件，所述试验子结构300为单个转向架310或包括至少一个整车的车组，所述整车包括两个转向架310，所述转向架310包括至少两个轮对320；
5、所述试验子结构300的前后两端分别连接在所述固定装置200上，所述固定装置200用于限制所述试验子结构300沿其长度方向上的位移；
6、试验台100包括六自由度加载装置110和轮轨接触模拟装置120，每个所述转向架310底部均设置有一个试验台100，所述试验台100中的所述六自由度加载装置110用于对轮对320施加载荷；每个所述轮对320底部均设置有一个所述轮轨接触模拟装置120，所述轮轨接触模拟装置120用于驱动轮对320转动；
7、数据采集装置用于检测所述轮对320的转速、所述六自由度加载装置110产生的力、所述试验子结构300前后两端连接力和轮轨作用力；所述轮轨作用力为所述轮对320和轨道轮123之间的作用力；所述试验子结构300前后两端连接力为所述试验子结构300的前端和所述固定装置200之间的作用力，和/或，所述试验子结构的后端和所述固定装置200之间的作用力；
8、激励模块包括第一激励模块和第二激励模块，所述第一激励模块用于设定线路数值模型上的外部激励荷载，所述第二激励模块用于设定线路数值模型上的轨道不平顺；
9、仿真系统用于建立数值子结构，所述仿真系统基于实时混合试验理论选取轨道交通列车-线路耦合体系中除试验子结构300的剩余部分为数值子结构；第一划分界面为轮轨接触点，第二划分界面为试验子结构(300)前后两端连接点，所述轮轨接触点为所述轮对320与所述轮轨接触模拟装置120之间的接触点，所述试验子结构300前后两端连接点为所述试验子结构300的前端和所述固定装置200之间的接触点，和/或，所述试验子结构300的后端和所述固定装置200之间的接触点；所述仿真系统根据数据采集装置检测到的轮轨作用力以及激励模块发出的电信号进行仿真模拟，或所述仿真系统根据数据采集装置检测到的试验子结构300前后两端连接力和轮轨作用力以及激励模块发出的电信号进行仿真模拟；
10、线路数值模型求解模块用于求解试验子结构300在通过线路数值模型时在外部激励载荷和轨道不平顺作用下轮轨接触点的空间位姿响应，所述线路数值模型求解模块通过无条件稳定显式积分算法或基于深度学习方法的代理模型方法实现复杂线路结构动态响应的实时求解；
11、控制系统包括位姿控制模块和转速控制模块，所述位姿控制模块接收线路数值模型求解模块输出的求解结果，用于控制六自由度加载装置110的空间位姿加载，以复现试验子结构300的振动；所述转速控制模块用于控制轨道轮123的转速。
12、根据本发明实施例的轨道车辆线路运行状态实时混合滚振试验台，至少具有如下有益效果：
13、1.本实施例能够进行车辆转向架部件试验、整车试验、编组车辆试验等一系列轨道车辆线路运行状态模拟试验以及车辆状态测试、线路结构测试。并且可应用于铁路机车、客车、货车、高铁列车、城市轨道交通列车等轨道车辆。当试验子结构为一个转向架时，本实施例可以针对单转向架进行试验；当试验子结构为单个整车时，本实施例可以针对整车进行试验；当试验子结构为包括至少两个整车的车组时，本实施例可以针对车组进行试验。
14、2.当划分界面为轮轨接触点时，可以模拟单个转向架或车组在轨道上的运行状况。
15、当划分界面为所述试验子结构的前端和所述固定装置之间的接触点和轮轨接触点时，不仅可以模拟单个转向架或车组在轨道上的运行状况，同时还可以模拟前一节车厢对单个转向架或车组的影响。
16、当划分界面为所述试验子结构的后端和所述固定装置之间的接触点和轮轨接触点时，不仅可以模拟单个转向架或车组在轨道上的运行状况，同时还可以模拟后一节车厢对单个转向架或车组的影响。
17、当划分界面为所述试验子结构的前端和所述固定装置之间的接触点、所述试验子结构的后端和所述固定装置之间的接触点和轮轨接触点时，不仅可以模拟单个转向架或车组在轨道上的运行状况，同时还可以模拟前一节车厢和后一节车厢分别对车组的影响。
18、3.线路数值模型包括轨道、轨道板结构以及下部结构，所述下部结构包括但不限于桥梁、路堤、路桥过渡段以及隧道等轨道交通线路结构。所以能针对多种线路进行试验。
19、根据本发明的一些实施例，所述位姿控制模块包括边界协调模块、时滞补偿模块和运动控制模块；所述边界协调模块包括线路响应输入接口和期望位姿输出接口，所述线路响应输入接口接收线路数值模型求解模块输出的计算结果，所述边界协调模块将线路数值模型求解模块求解得到的连续曲线转换为离散折线段，所述边界协调模块保证转化后离散折线段与原始曲线之间的均方根误差满足精度要求，所述边界协调模块将离散折线段作为期望位姿信号从期望位姿输出接口输出；
20、所述时滞补偿模块包括期望位姿信号输入接口和命令位姿信号输出接口，所述期望位姿信号输入接口接收所述边界协调模块输出的期望位姿信号，时滞补偿模块针对由六自由度加载装置110自身动态特性引起的响应时间滞后误差及幅值追踪误差进行修正补偿，所述命令位姿信号输出接口输出命令位姿信号；
21、所述运动控制模块接收所述时滞补偿模块输出的命令位姿信号，所述运动控制模块通过pid控制或三参量线性控制方法作为底层控制模块；所述运动控制模块输入指令至六自由度加载装置110。
22、根据本发明的一些实施例，所述时滞补偿模块具有修正补偿算法接口，用于更改修正补偿算法。
23、根据本发明的一些实施例，所述六自由度加载装置110包括作动器111和移动平台112，所述作动器111用于模拟所述试验子结构300的偏航角、滚动角和俯仰角转动方向上的激振、垂向激振和侧向激振；所述轮轨接触模拟装置120设置在所述移动平台112上，所述轨道轮123与所述轮对320抵接，以驱动所述轮对320转动。
24、根据本发明的一些实施例，所述数据采集装置包括用于检测每个作动器111的伸长量的第一位移传感器、用于检测每个作动器111产生的力的第一力传感器、检测移动平台112的加速度的第一加速度传感器、用于检测移动平台112的位姿的姿态传感器、用于检测轨道轮123的转速的第一编码器、用于检测试验子结构300与固定装置200之间的连接力的第三力传感器和用于检测轮对320和轨道轮123之间作用力的第二力传感器；其中，所述第一位移传感器、所述第一力传感器、所述第一加速度传感器及所述姿态传感器均发送电信号至位姿控制模块，所述第二力传感器、所述第三力传感器发送电信号至线路数值模型求解模块，所述第一编码器发送电信号至转速控制模块。
25、根据本发明的一些实施例，所述数据采集装置还包括用于检测试验子结构300加速度的第二加速度传感器和/或用于检测试验子结构300位移的第二位移传感器和/或用于检测轮对320转速的第二编码器。
26、根据发明的第二方面实施例的轨道车辆线路运行状态实时混合滚振试验台的试验方法，使用如上述任一项实施例所述的轨道车辆线路运行状态实时混合滚振试验台，包括以下步骤：
27、s10，设定仿真系统中试验子结构(300)的初始运行速度，设定线路数值模型上的轨道不平顺和外部激励荷载；
28、s20，控制系统控制所述轨道轮加速至设定转速，在试验过程中保持所述轨道轮的转速恒定；
29、s30，初始时刻，设定试验子结构(300)在线路数值模型上的初始位置和终点位置，所述数据采集装置检测轮轨作用力，或轮轨作用力及所述试验子结构(300)的前后两端连接力，并发送电信号至所述线路数值模型求解模块；在初始外部激励荷载作用下，所述线路数值模型求解模块计算初始时刻线路数值模型的位姿响应；叠加当前位置处的轨道不平顺，得到初始时刻的期望位姿命令；所述控制系统接收初始时刻的期望位姿命令，并发送指令至六自由度加载装置，以控制六自由度加载装置复现试验子结构的实际振动；
30、s40，所述数据采集装置检测轮轨作用力，并发送电信号至所述线路数值模型求解模块；
31、s50，进入下一时刻，根据轮对的实时转速计算试验子结构(300)的移动距离，根据试验子结构(300)的移动距离更新试验子结构(300)在线路数值模型中的位置，并更新轮轨接触力的作用位置，在当前时刻外部激励荷载下，所述线路数值模型求解模块计算当前时刻线路数值模型的位姿响应；叠加当前位置处的轨道不平顺，得到当前时刻的期望位姿命令；所述控制系统接收当前时刻的期望位姿命令，并发送指令至六自由度加载装置，以控制六自由度加载装置复现试验子结构的实际振动；
32、s60，重复步骤s40至步骤s50，直至试验子结构(300)行驶至终点位置，试验完成。
33、根据本发明实施例的轨道车辆线路运行状态实时混合滚振试验台的试验方法，至少具有如下有益效果：
34、本实施中的试验过程由自动控制设备控制运行，高精度测量装置记录响应，在试验室环境内实现了不同类型荷载作用下、可复现不同运行速度的轨道车辆线路运行的实际状态，显著降低了试验测试成本，并可以为车辆性能检测、新型结构选型、极端荷载作用下车辆运行安全性等提供大量的实测数据。并且可为列车与线路结构选型设计、参数优化提供重要的关键测试平台，试验台在试验种类、控制精度和加载指标均处于领先水平。
35、根据本发明的一些实施例，s30，期望位姿命令经过控制系统的边界协调模块、时滞补偿模块和运动控制模块调制后发送指令至六自由度加载装置；
36、s50，期望位姿命令经过控制系统的边界协调模块、时滞补偿模块和运动控制模块调制后发送指令至六自由度加载装置。
37、根据本发明的一些实施例，s20中，所述控制系统控制每个轨道轮同步转动；
38、s40中，所述数据采集装置还检测所述试验子结构300的前后两端连接力；
39、s50中，更新轮轨接触力的作用位置的同时更新所述试验子结构300的前后两端连接力的作用位置。
1.轨道车辆线路运行状态实时混合滚振试验台，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的轨道车辆线路运行状态实时混合滚振试验台，其特征在于，所述位姿控制模块包括边界协调模块、时滞补偿模块和运动控制模块；
3.如权利要求2所述的轨道车辆线路运行状态实时混合滚振试验台，其特征在于，所述时滞补偿模块具有修正补偿算法接口，用于更改修正补偿算法。
4.如权利要求1所述的轨道车辆线路运行状态实时混合滚振试验台，其特征在于，所述六自由度加载装置(110)包括作动器(111)和移动平台(112)，所述作动器(111)用于模拟所述试验子结构(300)的偏航角、滚动角和俯仰角转动方向上的激振、垂向激振和侧向激振；所述轮轨接触模拟装置(120)设置在所述移动平台(112)上，所述轨道轮(123)与所述轮对(320)抵接，以驱动所述轮对(320)转动。
5.如权利要求4所述的轨道车辆线路运行状态实时混合滚振试验台，其特征在于，所述数据采集装置包括用于检测每个作动器(111)的伸长量的第一位移传感器、用于检测每个作动器(111)产生的力的第一力传感器、检测移动平台(112)的加速度的第一加速度传感器、用于检测移动平台(112)的位姿的姿态传感器、用于检测轨道轮(123)的转速的第一编码器、用于检测试验子结构(300)与固定装置(200)之间的连接力的第三力传感器和用于检测轮对(320)和轨道轮(123)之间作用力的第二力传感器；其中，所述第一位移传感器、所述第一力传感器、所述第一加速度传感器及所述姿态传感器均发送电信号至位姿控制模块，所述第二力传感器、所述第三力传感器均发送电信号至线路数值模型求解模块，所述第一编码器发送电信号至转速控制模块。
6.如权利要求5所述的轨道车辆线路运行状态实时混合滚振试验台，其特征在于，所述数据采集装置还包括用于检测试验子结构(300)加速度的第二加速度传感器和/或用于检测试验子结构(300)位移的第二位移传感器和/或用于检测轮对(320)转速的第二编码器。
7.轨道车辆线路运行状态实时混合滚振试验台的试验方法，使用如权利要求1-6任一项所述的轨道车辆线路运行状态实时混合滚振试验台，其特征在于，包括以下步骤：
8.如权利要求7所述的轨道车辆线路运行状态实时混合滚振试验台的试验方法，其特征在于，
9.如权利要求7所述的轨道车辆线路运行状态实时混合滚振试验台的试验方法，其特征在于，
