基于Unity3D的轨道车辆轴重轮重偏差计算软件开发及应用

赵明慧

摘 要：随着现代城市轨道交通的快速发展，城轨车辆应具备高安全性、高可靠性、高载客量、低能耗等特点。车辆重量作为城轨车辆的重要参数，直接决定着城轨车辆的碰撞性能、载客能力、动力学性能、牵引制动性能、能耗及车辆使用寿命等各项关键性能指标。本文探讨了城轨车辆轴重偏差和轮重偏差的计算方法，并利用Unity3D开发计算软件以提高效率和计算的准确性。

关键词：轨道车辆;轴重偏差;轮重偏差;Unity3D

1 研究背景

轴重平衡偏差（下文简称轴重偏差）和轮重平衡偏差（下文简称轮重偏差）应满足标准GB/T7928《地铁车辆通用技术条件》和GB50157《地铁设计规范》的规定。车辆轴重和轮重偏差计算与控制是城轨车辆设计的重要基础工作。本文利用Unity3D开发专用的车辆轴重和轮重偏差计算软件，以提高工作效率和准确性。

2 轴重、轮重偏差计算方法

2.1 建立车辆整体座标系与转向架重心坐标系（如图1所示）

说明：X、Y、Z——车体中心坐标系（以车体纵、横中心线交点在轨面上的投影为原点）。

u、v、w——转向架中心坐标系（以转向架中心在轨面上的投影为原点）。

2.2 车辆方位和车轴编号如图2所示

2.3 计算符号如表1所示

2.4 计算公式

2.4.1 軸重计算

2.4.2 轮重计算

（1）车辆A侧：

（2）车辆B侧：

2.5 轴重偏差与轮重偏差计算

轴重与两侧轮重分别计算出来以后，与平均值比较计算出偏差率。

平均轴重计算：

轴重偏差率百分比：

同一轮对轮重差异百分比：

3 软件开发思路

3.1 开发目的

轴重、轮重偏差为车辆整体性能的一个关键指标，为提高效率和计算的准确性，通过Unity3D软件设计了一个平台计算轨道车辆的轴重、轮重偏差。

3.2 具体步骤

新建一个“重量重心表”界面，创建UI（Text/Button）打开存储了将这个Excel文件添加到Unity项目目录中（这里添加到了根目录）。

具体地，把脚本Test绑定到UI上并运行程序，然后在Console中成功看到打印出了Excel表格内的全部内容，定义新建的按钮变量。

在得到所需的数据后，再新建两个界面，使用UGUI做一个大概的样式。新建一个CalculateTool脚本并且挂在场景中的任何一个物体上，定义新建的按钮变量，所得的数据以UI格式保存。编辑轴重与轮重计算公式，拖动变量将其与UI（Text＼Button）绑定。就此我们得到了根据车体重量、中心表以及轴重、轮重公式所得到的轴重、轮重。

根据轴重、轮重计算各自的偏差率与前面的方法类似，再创建两个界面求解轴重、轮重的偏差率，新建脚本，定义按钮变量，编辑偏差计算公式，拖动变量将其与UI（Text＼Button）绑定。按下定义完成的“计算偏差”按钮，即得到所求车型的轴重、轮重偏差率，再利用EPPlus插件将所求结果写入Excel。

4 应用实例

4.1 某地铁三号线项目的基本情况

该地铁三号线运营初期采用三辆编组列车，三辆编组分别为DM1车（带司机室动车）、T车（拖车）、M2车（不带司机室动车），本文以DM1车为具体实例，通过软件计算轴重、轮重偏差率。

4.2 计算结果

（1）DM1车轴重差异百分比计算。车轴负重（最大不超过162 kN）和差异率（≦1.4%）计算结果如图3所示。

（2）车轮负重和同轴车轮差异百分比（≦±2.4%）如图4所示。

5 结论

本文开发的软件能对车辆设计过程的重量参数进行有效计算，与实际情况偏差较小，满足相关标准要求。这为车辆的轻量化设计及整车性能优化提供了准确的基础数据支持，对研发出具有高安全性、高可靠性、高载客量、高节能性的城市轨道车辆具有重要意义。

参考文献：

[1]杨怀生，尚歌.城市轨道车辆重量管理、计算及测定方法[J].中国设备工程，2020（22）：31-32.

[2]刘永梅.机车重心计算与测定方法[J].机车电传动，2006（6）：1-3.