高速车辆结构振动的独立模态空间控制

铁路高速客车或轻型车辆的车体结构振动不仅影响车辆运行品质,而且导致车体结构动应力的增加和疲劳寿命的降低.本文在建立高速车辆的柔刚体系统动力学模型基础上,应用最优控制理论,提出了抑制车体的特定低阶垂直弯曲振动独立模态空间控制方法和已改善车辆运行平稳性为目标的控制策略,分析结果表明:该控制办法和策略可以较好地降低特定模态振动的幅度,改善车辆垂直运行平稳性.     

基于车体横移振动的高速列车虚拟复合阻尼天棚控制算法研究

高速列车车体横向随机振动由车体的横移振动、侧滚振动和摇头振动三自由度合成,是影响车体横向运行平稳性的关键;为了改善列车横向运行平稳性,提高半主动控制性能;通过建立某型高速列车动力学模型,对车体横向振动特性进行分析,得出横移振动的加剧是造成车体合成横向振动和横向平稳性恶化的主要原因;通过分析在传统天棚阻尼控制算法下分别以车体合成横向振动为反馈和以横移振动为反馈对车体横向振动的控制效果,得出采用以车体横移振动为反馈的传统天棚阻尼控制算法对车体横向振动的抑制效果更佳;在此基础上,提出一种以车体横移振动为反馈的虚拟复合阻尼天棚控制算法,并进行联合仿真分析;结果表明:相比于被动控制,采用虚拟复合阻尼天棚控制算法后,车体合成横向振动加速度峰值、均方根值和平稳性改善率分别达到了46%、43%和19.5%,均高于采用传统天棚阻尼控制算法;可见,采用虚拟复合阻尼天棚控制算法在抑制车体合成横向振动,改善车体横向平稳性方面控制性能更佳。     

基于刚-柔混合模型的300T铁水车动力学仿真

为保证300t铁水车的安全运输,采用刚-柔混合动力学模型研究了该车的动力学性能.以I-DEAS软件为柔性体仿真平台,ADAMS/Rail软件为多刚体系统仿真平台,给出了创建刚-柔混合动力学模型的技术路线,采用在系统外将所关心的对象柔性化的建模方法建立了某公司研制的特种车辆-300t铁水运输车的刚-柔混合动力学模型.基于刚-柔混合模型的动力学仿真结果表明:弹性轨道对该车运行平稳性和曲线通过性能的影响大于柔性转向架对运行平稳性和曲线通过性能的影响.因此,对这类特种车辆进行动力学仿真应采用弹性轨道.当计算规模很大无法考虑转向架的柔性效应时,仅使用弹性轨道所获得的结果也能达到相当的精度.     

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.     

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.     

运动车辆梁模型的横向振动频率及模态

将运动车辆的车身模型化为Eder-Bernoulli梁,车轮模型化为梁两端边界处的弹性不等的弹簧,形成半车模型.通过复模态分析法研究平滑路面上移动车体的横向振动特性,给出车体横向振动的频率方程以及模态的表达式,通过数值方法求解系统固有频率以及模态函数.并通过数值算例研究车辆运行速度、车体刚度、轮胎弹性系数对车体横向振动...     

高速列车多目标约束横向半主动控制算法研究

传统的高速列车横向半主动控制研究,主要以提高车体横向运行平稳性为目的;但车体与各部件之间通过二系悬挂与一系悬挂连接传递相互耦合振动作用,因此半主动控制在改善车体横向平稳性的同时,将导致构架横向振动和轮轨横向作用加剧,从而使得列车脱轨系数增大,列车运行安全性能变差;针对这一问题,提出在虚拟惯性阻尼半主动控制和脱轨安全半主动控制的基础上,设计两个控制回路的多目标约束下的混合半主动控制算法,在实现列车横向半主动控制提高平稳性的同时,控制脱轨系数的恶化,从而同时提高列车平稳性和脱轨安全性能;并利用Simpack建立了某型高速列车多刚体动力学模型,联合Matlab/Simulink建立了联合仿真分析系统对车体横向半主动控制进行研究;结果表明:采用多目标约束半主动控制算法后,车体横向振动加速度峰值和均方根值分别降低了36%和34%,平稳性改善了15%,脱轨系数减小了17%;可见采用多目标约束半主动控制算法不仅能够有效抑制车体横向振动,改善列车运行平稳性,而且还能减小列车脱轨系数,提高列车运行安全性。     

磁浮列车车轨耦合振动仿真研究

为了分析车轨道耦合振动过程中各因素的影响,建立了车体-悬浮架-轨道的简化动力学模型和动力学方程,利用数值方法研究了一节列车在静态悬浮过程中,整个车体与轨道耦合振动的垂向动力学行为.分析了轨道和车辆主要参数对振动的影响,并给出了仿真结果.仿真结果表明,轨道的抗弯刚度,长度,车轨质量比,以及车辆的悬浮刚度对于耦合振动影响较大;同时经过二系悬挂的衰减,车厢的振动较小.结论可供车辆悬浮控制器设计和轨道梁设计参考.     

地铁列车车内低频结构噪声仿真

建立某地铁列车车体结构和车内声腔有限元模型,进行声固耦合模态分析,得到车体结构和车内声腔的模态特征。将车体动力学模型计算得到的车体振动激励施加于声固耦合模型中,分析地铁列车车内低频噪声和车身板件声压贡献量,得到对观察点声压贡献较大的板件,有针对性地提出车体结构改善方案,降低观察点处的噪声,为地铁列车车内噪声优化提供指导。     

轨道车辆故障诊断算法参数优选和故障监测部位确定

转向架作为轨道车辆的重要部件,其弹性部件与阻尼部件的安全对车辆的安全有着重要影响。对轨道车辆转向架的故障种类、故障状态以及故障诊断方法中参数的选择进行了研究。对车辆的故障产生后果和现实情况进行了分析。为实现转向架故障诊断算法的输入参数优选和对应故障敏感部位的确定,提出P指标进行评判。利用matlab对车体、转向架以及转向架与轮对之间的弹性部件和阻尼部件建模,建立轨道车辆一系悬挂、二系悬挂的故障模型以及部件性能衰退的故障模型。用P作为评价故障前后统计参数改变程度的指标。实现车辆故障诊断算法输入参数的优选和对应故障敏感部位的确定。经过仿真实验可以利用指标P对故障诊断算法的参数输入做出优选,对故障的监测部位有明确定位。     

柔性轮对结构振动对车辆动力学性能的影响

为研究轮对柔性对车辆动力学的影响,建立高速列车轮对的有限元模型,对轮对进行自由模态分析.通过模态综合法获取柔性轮对模态信息,应用多体系统动力学理论建立柔性轮对-刚性轨道接触力学模型;建立包含高速旋转柔性轮对的车辆-轨道耦合动力学模型,研究高速列车在直线和曲线通过时轮对结构振动对车辆动力学性能的影响.结果表明:轮对的结构振动对轮轨接触点位置、蠕滑率、蠕滑力和脱轨因数等均产生较明显的影响,但是对轮重减载率影响较小,因此应采用更加精确的柔性轮轨耦合模型研究轮轨相互作用、轮轨滚动接触疲劳和轮轨噪声等.     

基于柔性轮对的轨道车辆动力学仿真分析

为研究柔性轮对对轨道车辆动力学性能的影响,应用ANSYS创建轮对实体有限元分析模型,并选用Guyan缩减法和Lanczos分块法对其进行子结构模态分析.联合SIMPACK创建柔性轮对车辆仿真模型,此模型的构架、车体等部件仍视作刚性体.与刚体车辆仿真模型对比分析出在中国高铁谱和美国六级谱激励作用下两模型的动力学性能的差异.分析结果表明:轮对采用柔性体的车辆非线性临界速度较全刚体车辆的非线性临界速度稍稍降低.在两激励线路下,轮对采用柔性体对车辆的平稳性和曲线通过性能也有一定程度的影响.     

竖向环境振动对人车路系统耦合振动的影响

为分析竖向环境振动对人车路系统耦合振动的影响,人体采用并联动力模型,车辆采用7自由度全车模型,路面采用Kelvin地基上梁单元进行模拟,通过车路之间的动态轮胎力建立起考虑竖向环境振动作用的人车路耦合振动方程；运用New-mark积分法对方程组进行求解,采用人体竖向振动加速度均方根值对车辆乘坐舒适度进行评价；对地震波频率和地震波幅值对系统振动的影响进行讨论,以及车辆乘坐舒适度和乘坐者人体生理反应进行分析.数值分析结果表明：竖向环境振动加剧了人车路系统的振动,显著增大了车辆乘坐舒适度指标；地震波频率和地震波幅值对车辆乘坐舒适度的影响都很大.     

Vibration damping of a flexible car body structure using piezo-stack actuators

Active vibration damping of a railway car body is accomplished by actuator forces acting directly on the flexible car body structure. In this work piezo-stack actuators mounted in consoles are utilized to introduce bending moments into the flexible structure, thus achieving a significant increase in ride comfort. For a heavy metro vehicle the complete design of the active vibration damping system is presented. Analytic modeling, system identification, and robust controller design are presented. The excellent performance of the proposed method is documented by both extensive experimental results and co-simulation studies.     

Dynamic modeling and fuzzy logic control of vibrations of a railway vehicle for different track irregularities

Safe and comfortable transportation of passengers and goods on railways can be achieved by solving the vibration problem. In this study, the dynamic modeling of the full railway vehicle is used to perform vibration analysis in order to observe displacements and accelerations. The full railway vehicle model consists of 54 degrees of freedom which are defined by differential equations. Additionally, wheel–rail contact problem (i.e. creepage factors and hertzian spring stiffness of rails) is analyzed by finite element method. Dynamic modeling and vibration analysis are carried out using Matlab–Simulink software. Using the developed model, the car body vibrations, caused by a lateral and two vertical sinusoidal track irregularities, are controlled by fuzzy logic controllers placed between the car body and bogies. The fuzzy logic algorithm herein is used for realizing the active control of car body vibrations. The simulations of vibration analysis are obtained in time and frequency domains and compared with passive controlled status. The robustness of the designed controller is verified by simulations, carried out for the cases of car body mass variations. The results show the effectiveness of the proposed algorithm.     

智能手机检测车辆振动加速度数据预处理方法

通过所开发的手机端软件从智能手机中提取车辆振动加速度的过程中,为正确评价轨道平顺状态及车辆运行舒适性,需保障车辆振动加速度数据质量。本文依据概率统计方法与小波分析方法建立了异常值识别模型,采取中值滤波和小波滤波剔除因手机传感器性能稳定性和测试环境变化引起的随机误差,并结合成都地铁手机检测数据,验证两种滤波方法对手机检测数据随机误差的处理效果。实例分析表明：基于异常值识别模型可准确提取手机检测数据异常值位置,借用中值滤波和小波滤波剔除因外界环境变化引起的随机误差,保证了手机检测数据真实反映车体振动响应,为正确评价轨道平顺状态和车辆运行舒适性提供数据支撑。     

基于Adams的列车碰撞三维动力学模型和仿真

为研究列车碰撞性能,用Adams创建由车体、车钩缓冲装置、端部吸能结构、防爬器、转向架和轮轨力等组成的单节车厢三维动力学模型,并创建6节车厢列车的三维动力学模型,模拟列车以15 m/s的速度与2节静止车厢碰撞的过程.通过分析各节车厢的速度、加速度和每个车钩缓冲装置的相对偏移量在碰撞过程中的变化情况,重现列车碰撞过程,进而分析影响列车垂向爬车和横向屈曲稳定性的因素.仿真结果表明,碰撞过程中每个车钩缓冲装置的相对偏移量和列车各节车厢的加速度最大值均沿列车运行向不断变小;列车前三节车厢的垂向爬车和横向屈曲最严重,转向架发生出轨现象.     

基于MC9S08GB60的汽车电控悬架控制系统设计

对空气悬架的控制是提高车辆行驶平顺性的有效方法。以MC9S08GB60为控制芯片,以YBL6891H型客车的1/4车辆模型为研究对象,设计了一种客车用空气悬架的电子控制单元。该控制单元通过调整空气弹簧的刚度,降低车身垂直加速度,并采用模糊PID控制算法,提高控制精度。试验表明:该电子控制单元能有效降低车身垂直加速度,在改善车辆行驶平顺性的同时,提高了操纵稳定性。     

基于MotionView整车虚拟试验场仿真的后转向节强度分析

由于车辆行驶状况复杂多样,传统静态工况无法复现各类恶劣路况下后底盘转向节真实应力,因此在利用MotionView建立整车刚柔耦合多体动力学模型的基础上,将后转向节利用柔性体进行模拟;在进行虚拟试验场仿真分析的同时采用模态综合法计算结构动应力,得到后转向节最高应力位置及发生时刻.仿真结果与整车道路试验结果的对比表明仿真方法准确.