一系定位刚度对转向架群配置高速货运动车组车辆动力学性能影响研究

为了提高我国铁路对大型、重型、贵重货物的快捷高效运输能力,中车唐山机车车辆有限公司研发了转向架群配置的高速货运动车组.基于多体系统动力学理论,建立了转向架群配置的高速货运动车组车辆系统动力学模型,确定了转向架群配置高速货运动车组车辆的非线性临界速度,研究了一系定位刚度对车辆运行非线性临界速度的影响;同时,利用建立的模型研究了一系定位刚度对车辆运行安全性指标以及平稳性指标的影响.研究结果表明,非线性临界速度随着一系纵向定位刚度的增加先增大后减小,而随着一系横向定位刚度的增加整体呈现减小趋势;车辆横向运行平稳性指标随着一系纵向定位刚度的增加有所增加,而垂向平稳性指标基本保持不变;一系横向定位刚度对车辆运行平稳性指标影响不明显.     

基于小波分析的高速列车车体运行状态估计

基于监测数据评估高速列车空气弹簧和横向减振器等关键部件的运行状态, 针对车体垂向加速度振动信号, 提出了小波包能量矩的列车状态估计方法。首先分析车体垂向振动特征, 对不同工况和不同速度下的信号进行小波包分解, 并重构能量较大的频带信号, 再计算各频带的小波包能量矩特征, 不同频带信号的小波包能量矩变化反映了列车运行状态的改变。将不同频带的小波包能量矩组成特征向量, 最后用支持向量机进行故障识别。实验数据仿真分析表明, 列车空簧失气故障和横向减振器失效故障识别率为100%, 说明该方法能很好地估计出高速列车的故障状态。     

齿轮箱吊杆节点刚度对轴箱内置式高速列车驱动系统动态特性影响研究

为探明齿轮箱吊杆节点刚度对驱动系统悬挂节点力和驱动系统振动加速度的影响规律,以某型轴箱内置式高速动车为研究对象,基于多体动力学理论,建立了考虑驱动系统和齿轮啮合的车辆系统动力学模型,研究了齿轮箱吊杆节点刚度对齿轮箱吊杆节点力、电机吊点力、齿轮箱车轴铰接力、车辆平稳性和驱动系统振动加速度的影响.研究结果表明：由于1、2位驱动系统的齿轮啮合力方向不同,1位驱动系统悬挂节点的垂向力比2位驱动系统悬挂节点的垂向力大.齿轮箱吊杆节点刚度在1~30 MN/m增大时,1位齿轮箱吊杆节点力增大,1位电机吊点力减小,1位齿轮箱车轴铰接纵向力增大、横向力减小;2位齿轮箱吊杆节点力增大,2位电机吊点垂向力增大,纵向力和横向力减小,2位齿轮箱车轴铰接纵向力减小,横向力增大.齿轮箱吊杆节点刚度在30~100MN/m增大时,各悬挂节点力变化不明显.此外,车体的平稳性指标、电机和齿轮箱的振动加速度受齿轮箱吊杆节点刚度变化的影响较小.     

基于双模糊控制器的车辆半主动悬架仿真研究

设计了以簧载质量垂向速度、簧载质量俯仰角速度及其变化率作为模糊控制器输入的控制策略,基于该双模糊控制器的车辆半主动悬架能够综合改善车辆的垂向和俯仰振动.以某型车半车悬架模型作为研究对象,对采用双模糊控制器控制的半主动悬架系统进行了计算机仿真分析.仿真结果表明,采用双模糊控制器控制策略能较好地改善车辆乘坐舒适性,达到综合减振效果.     

基于轴距参数的载重汽车舒适性优化

针对传统刚度参数优化载重汽车舒适性时会降低承载能力的问题,由于轴距决定簧载质量分配,影响车身垂向振动加速度,并引起产生振动和冲击.为解决上述问题,提出用轴距参数优化舒适性的新方法.根据载重汽车动力学模型,建立轴距参数与整车舒适性能的数学关系.运用正交试验法,对比刚度、阻尼及轴距参数对舒适性的影响权重.采用平衡悬架车轴位置参数进行舒适性优化.进行时域和频域仿真结果表明,优化后整车舒适性能明显改善,轴荷分配更趋合理;车身垂向、俯仰、侧倾振动频域特性与经验值基本一致.研究结果说明载重汽车动力学模型正确,为优化提供了可行性.     

车辆平顺性的虚拟现实仿真技术

探讨了基于虚拟现实的车辆平顺性振动仿真原理，利用软件编程的方法实现了汽车在虚拟道路上的行驶运动。汽车行驶时，能够表现车箱(包括驾驶员)的垂向运动、横向运动和俯仰运动，驾驶员的垂向运动、横向运动和俯仰运动，汽车轮胎的旋转运动。其运动规律皆由车辆平顺性动力学分析数据来确定。从而实现了车辆平顺性振动运动在计算机屏幕上的虚拟显示，以图形图像运动来直观的表现车辆的平顺性。     

上海A型地铁车辆弹性车体与转向架耦合振动分析

基于上海A型地铁车辆弹性车体有限元模型,建立弹性车体的刚柔耦合动力学模型,用其研究车体垂向弹性对运行平稳性的影响,分析弹性车体与转向架的耦合振动,探究车体弹性共振的机理.结果表明,在车体刚度低的情况下,该型地铁车辆车体弹性对车辆运行平稳性影响较大;车体的弹性共振并非由车体与转向架耦合振动引起,在车辆悬挂及车体的设计过程中应当考虑几何滤波现象引发车体弹性共振对车辆平稳性的影响。     

车辆动力学与控制研究进展

从车辆纵、横、垂向动力学三个方面,结合电动汽车、智能网联等热点问题,介绍了目前车辆动力学与控制领域的研究成果.车辆纵向动力学方面包括车辆传动系统换挡控制、制动系统的设计与控制以及车辆状态的参数估计;车辆横向动力学方面涉及车辆转向系统设计与横向稳定性控制;车辆垂向动力学方面包括悬架系统的优化设计与半/主动控制.专刊研究成果涉及车辆动力学与控制方向的多种问题,可为今后开展相关研究提供参考.     

抗蛇形减振器失效对车辆动力学性能的影响

为研究高速动车组车辆动力学性能对抗蛇形减振器失效的敏感性,以国内某型高速动车组为研究对象,以其实际动力学参数为依据,建立该型动车组的整车动力学模型。对抗蛇形减振器不同失效形式下的车辆动力学性能进行研究,结论认为：抗蛇形减振器失效对车辆动力学性能尤其是对列车的横向动力学性能影响显著;当列车行驶速度在250~380 km/h时,车辆系统动力学性能各项指标随列车行驶速度的增大而增大,随抗蛇形减振器失效个数的增加而增大。     

履带车辆乘座舒适性的建模与仿真

通过建立履带车辆"车辆-座椅-人"系统模型,并用MSC Adams软件仿真在典型路面条件下的履带车辆的垂向振动特性,对车辆乘座舒适性进行评价. 同时研究座椅的刚度、阻尼等动态参数对乘座舒适性的影响.     

空气弹簧在100%低地板轻轨车上应用可行性分析*

基于多体动力学仿真软件SIMPACK,对某型采用纵向耦合边驱电机转向架的100%低地板轻轨车三模块编组建模,在MATLAB/Simulink中对其中央悬挂部件空气弹簧的主气室、节流孔、附加气室建模.对100%低地板轻轨车运行工况进行设定,通过联合仿真的方式对空气弹簧在100%低地板轻轨车上应用可行性进行分析,得到:1)空气弹簧应用到100%低地板车上后,车辆蛇行失稳临界速度为149km/h,大于设计时速,车辆有较好的运行稳定性.2)车辆运行时,平稳性及最大加速度指标均小于2.5,车辆有较好的运行平稳性.3)车辆通过小半径曲线时,轮重减载率、脱轨系数、轮轴横向力、轮轨横向力指标均小于评判标准限值,车辆有较好的曲线通过能力.4)空气弹簧在通过工况设定的小半径曲线时,各项性能指标均符合该型空气弹簧技术标准,空气弹簧在100%低地板轻轨车上应用可行.     

钢轨波磨对地铁车辆动力学响应的影响

建立地铁车辆-轨道耦合动力学模型,将钢轨视为弹性离散点支撑的无限长Timoshenko梁,将实测钢轨短波波磨不平顺数据作为不平顺激励.通过数值计算得到在科隆蛋扣件线路上不平顺发展过程中车辆动力学响应的变化情况.随着短波波磨不平顺幅值的增大,轮对和转向架的横、垂向加速度以及轮轨横、垂向力均呈增大趋势,且受不平顺程度的影响较大.结果表明钢轨波磨主要影响车辆系统的垂向振动.     

轴箱内置与外置直线电机地铁车辆曲线通过性能对比

为比较轴箱内置与外置直线电机地铁车辆的曲线通过性能,建立直线电机地铁车辆-无砟轨道耦合动力学模型.模型将直线电机定子和转子考虑为Euler梁,将定子与转子之间的垂向电磁力作为气隙的函数,将轨道系统简化为梁-三维实体有限元模型.详细比较轴箱内置与外置直线电机车辆曲线通过时的轮对冲角、轮轨横向力、脱轨因数、运行平稳性和车轮磨耗指数.结果表明:在不同的曲线半径和行车速度以及车轮踏面周向存在非均匀磨耗的状态下,轴箱内置直线电机车辆的曲线通过性能均优于轴箱外置车辆;随着曲线半径增加,轴箱外置直线电机车辆动力学性能迅速减小,而轴箱内置式车辆缓慢减小.     

基于横纵向联合控制的多目标优化车辆跟驰研究

为解决车辆在拥堵环境中因车速波动较大所带来的跟驰平稳性较差、跟踪无效或不安全等问题,提出了基于车辆模型和深度强化学习的多目标优化跟驰方案。首先基于车辆横纵向动力学建立车辆跟驰模型,然后根据车间距误差、速度误差、横向偏差及相对偏航角等,利用深度确定性策略梯度算法得到跟驰车的加速度和转向角,以更平稳安全地控制跟驰车辆。经NGSIM公开驾驶数据集进行测试与验证,该方案可有效地提升跟驰车辆的稳定、舒适与安全性,对保证交通安全和提升道路通行能力具有重要意义。     

工程车减振系统自适应滤波控制器设计与仿真

对于大吨位和高驶速度的工程车辆,普通减振系统己不能满足车辆振动舒适性的需要,振动控制研究是设计开发新一代工程车辆、提高舒适性的重点问题.针对工程车辆悬架系统的振动特点,为了行驶平顺性和保证系统安全性,提出建立适用于工程车辆振动控制的新型自适应控制器,简化的车辆模型和自适应滤波算法.仿真结果表明,簧载质量加速度的均方根值降低23%,悬架系统动挠度均方根值降低33%,工程车辆的乘坐舒适性得到明显改善,为设计提供可靠依据.     

刚柔耦合特种车辆越障行驶动力学分析及悬架优化

考虑炮管柔性,建立了某轮式特种车辆的刚柔耦合整车动力学模型,并与刚性车辆模型进行对比,分析了刚柔耦合建模对炮管响应的影响;然后计算了该车通过垂直凸台障碍路面的极限高度,分析了刚柔耦合特种车辆通过凸台障碍路面时的动力学特性.以车辆质心垂向加速度为优化目标,悬架刚度和阻尼为优化参数,对悬架进行优化.结果表明,炮管的弹性变形对炮口垂向和水平方向线位移、线速度和角速度的影响显著,建模中有必要考虑炮管柔性,以更准确地计算车辆响应;低速行驶、小的凸台高度,对减小车辆振动有利,在各种工况参数下炮管的垂向振动都比车体振动剧烈;单侧轮通过障碍可以减小路面对整车的冲击,双侧轮通过障碍可以提高车辆稳定性并减小炮管振动;悬架优化后整车和炮管的垂向加速度都明显降低,车辆平顺性得到有效改善.     

基于AKF和RLS的车辆簧载质量辨识研究

实际应用中,车辆负载会随着乘客和货物的变化而发生显著改变.提出结合自适应卡尔曼滤波器(AKF)与递推最小二乘算法(RLS)进行车辆簧载质量的在线辨识.首先,采集四分之一车辆悬架的簧载振动加速度、动行程及车轮垂向加速度信号,对车辆悬架系统中的簧载质量和车轮的绝对速度进行估计,进而由遗忘因子递推最小二乘算法辨识车辆簧载质量.分析了在不同路面等级下,卡尔曼滤波器的过程噪声协方差和测量噪声协方差对悬架状态估计精度的影响.仿真结果显示,在选取与车辆行驶路面等级匹配的过程噪声协方差和测量噪声协方差时,车辆悬架状态参数的估计精度较高,并能够在线准确地辨识得到车辆的簧载质量值.     

刚柔耦合重型汽车建模及通过连续减速带的平顺性分析

建立了考虑车架柔性的刚柔耦合重型汽车整车模型,通过与刚性车对比,验证了所建刚柔耦合车辆模型的正确性.依据实际需求建立了三组连续减速带模型,以车身垂向加速度和各轮垂向轮胎力为评价指标,分析车辆行驶速度、减速带高度和宽度对汽车行驶平顺性的影响.研究表明,减速带的高度与车身垂向加速度和垂向轮胎力成正比,减速带宽度与车身垂向加速度和垂向轮胎力成反比,对于限速60 km/h的道路,宽度为600 mm,高度为8 mm的减速带能起到良好的限速效果,同时还能保证车辆行驶的平顺性.     

基于列车悬挂系统的半主动混合控制仿真分析*

为了改善列车高速运行时的乘坐舒适性,采用车辆二自由度模型对开关型和连续型两种控制策略进行对比分析,根据传递特性分析结果提出了混合控制策略,同时研究了调整系数对混合控制策略的影响.为进一步验证控制策略的有效性,建立了UM与Simulink联合仿真整车模型,对二系横向减振器施加此控制策略,并进行了仿真分析.结果表明:在调整系数选取适当的情况下,该控制策略可同时兼顾开关型和连续型两种控制策略的优点,降低了车体横向加速度,改善了列车的横向平稳性.     

四轮电驱汽车的车身结构设计及动力学仿真

因受复杂的横向内力影响,四轮电驱汽车车身受力情况与传统汽车不同,传统汽车车身结构并不完全适合四轮电驱汽车.针对四轮电驱汽车的受力特点,提出了一种纵向承载横向不承载的半承载式车身结构,并通过ADAMS软件对该车身进行了动力学仿真分析.仿真和实验研究表明,该车身结构能够有效承受四轮电驱汽车在行驶工况下所受的横向内力,能有效提高车辆的稳定性、安全性和舒适性.