基于模糊控制的高速列车运行控制系统研究

列车运行控制系统是保证列车安全、高速和高效运行的重要设备,根据列车在铁路线路上运行的客观条件和实际情况,对列车运行速度进行监督、控制和调整。高速、舒适是世界铁路发展的主要目标和方向,开发高效的高速列车运行控制系统势在必行。本文首先分析高速列车运行的控制问题,建立了高速列车运行的动力学模型,以给定的牵引和制动特性曲线得到参考速度曲线,将模糊控制技术应用于列车的运行控制中,实现了高速列车运行速度的智能控制。在Simulink中进行仿真研究,仿真结果表明,采用模糊控制的控制系统能确保列车实际运行速度很好地跟踪给定速度,系统的鲁棒性良好。     

高速列车运行时隧道内漏缆卡具的气动效应

以CRH380A型高速列车和漏缆卡具为研究对象,针对列车高速运行时复杂的气动效应,建立高速列车绕流流动的控制方程和湍流运输方程,采用动网格技术,模拟列车在隧道内运动;数值模拟获得了卡具所受的表面压力的分布规律:车速越高,卡具所受压力波到达越早,头车到达时卡具受力最大;探讨了不同的车速下卡具表面所承受气动力的变化规律:相比于横向力和升力,卡具的纵向力曲线振幅较弱。研究结论将为隧道漏缆卡具的优化设计提供理论依据。     

横风下高速列车会车压力波对风障的气动冲击

高速列车会车时的压力波会对线路两侧的风障产生气动冲击作用,有可能导致风障的结构失稳,给列车运行带来安全隐患。采用能真实模拟列车运动的嵌套网格方法以及保留开孔特性的腔室耗能型风障,以某CRH型车为研究对象,计算了不同列车车速和不同横风风速下单侧风障内列车交会对风障的冲击过程。研究结果表明:高速列车行驶过程中,由于其高速运动对周边空气的排挤以及尾部气流的补充,在车身附近形成"正-负-负-正"4个压力波;会车过程中,两列车的压力波相互叠加耦合并作用在线路一侧的风障上;随着车速的增大,压力波极值增大,换向时间减小,变化率增大;随着风速的增大,横风作用与列车风作用相互耦合,放大了风障内侧的负压值;压力波正压峰值在车体长度范围之外,负压峰值在车体长度范围之内,头车正压波峰距头车鼻锥处距离最近;在横风作用下,列车风压力峰值会向后移动。     

输流管道流固耦合非线性动力学分析

利用有限元软件，采用ALE法对输流管道流固耦合非线性动力学特性进行计算分析．得到耦合处及其附近流体各向速度随时间变化曲线，在某一时刻管内任意横截面处的速度分布和管子在垂直流速方向上的振型，及管子在耦合作用下的振动频率．为提高设计阶段对振动特性预测的精度、保证管路系统的运行可靠性提供了参考．     

高速列车受电弓空气动力学对弓网受流的影响

为了研究高速列车弓网受流特性,考虑受电弓平均稳态与非稳态气动力影响,基于受电弓的非稳态空气动力学模型,采用均匀来流假设,运用计算流体力学(CFD)方法得到受电弓各部件的气动升阻力.将非稳态气动力时间平均,得到平均稳态气动力,并将具有一定脉动的受电弓非稳态气动力及平均稳态气动力分别加载至弓网动力学模型中,对比了2种气动力加载情形下弓网动力学. 仿真结果表明:在受电弓三质量块模型下,受电弓平均稳态与非稳态空气动力学对弓网受流的影响差别不大.进一步从受电弓非稳态气动力激励的振幅与频率两方面研究了其对弓网受流的影响,当外部激励振幅较大或频率与弓网系统频率接近时,弓网受流特性会受到显著影响.研究结果为将来考虑非均匀来流、横风等复杂气动条件下的弓网受流特性研究提供了基础.     

双挂汽车列车高速阶跃横向失稳能量分析

采用图论方法,并结合各个车辆单元的链接关系,得到了双挂汽车列车各个车辆单元3种可能的失稳顺序。基于TruckSim建立包括非线性轮胎模型的多体动力学双挂汽车列车模型,通过仿真高速阶跃响应下各个车辆单元状态变量的变化趋势,可知侧倾角速度是影响车辆失稳的首要因素。结合能量方程求解不同车速下各个车辆单元在阶跃响应中的最大能量,得到了各个车辆单元的失稳顺序,同时对图论法中提出的失稳顺序进行了验证和能量分析。     

发动机制动下高速转弯车辆稳定性

为研究发动机制动条件下高速转向车辆系统的失稳运动,引入了发动机制动力矩,推导出了发动机制动力矩的解析表达式,建立了车辆系统五自由度非线性方程。在有、无发动机制动条件下,仿真分析了高速转向车辆的动力学特性。仿真结果在验证车辆系统模型合理性的同时,表明发动机制动会引起高速转向车辆的失稳运动。利用庞加莱截面和功率谱密度等方法证明了车辆失稳后的运动是混沌运动。     

列车通过平地至路堑挡风墙过渡区域的动态行为及缓解措施（英文）

本文研究了大风环境下从平地至路堑的直角挡风墙过渡区域对列车空气动力学和系统动力学响应的影响,提出一种斜切过渡缓解措施来减小原始挡风墙过渡对列车气动和动力学性能的影响。结果表明,由于直角挡风墙过渡的影响,来流风场在线路内被分为两部分,一部分在平地位置引起强烈回流,另一部分在路堑位置引起强烈回流。因此,列车经过挡风墙过渡区域时受到了两次横向冲击。采用挡风墙斜切过渡后,头车侧向力系数、升力系数和倾覆力矩系数与原始挡风墙过渡相比,峰峰值分别下降了47%、40%和52%。对于车辆系统动力学响应参数的峰峰值,挡风墙斜切过渡相比原始过渡降幅均超过50%,其中原始挡风墙过渡和缓解措施下的列车动力学倾覆系数分别为0.75和0.3。     

高速列车转向架区域气动噪声源识别与分析

高速列车转向架区域为其主要气动噪声源之一,迄今为止较难描述高速列车气动噪声源特征,鲜有有效的声源识别方法。利用高速列车转向架区域以偶极子声源为主的声源特征,将气动声源等效为无数个球形声源的集合,基于声辐射与声源,声源与流场物理量之间的关系,结合流体数值仿真,建立高速列车偶极子声源识别方法,并聚焦头车转向架区域进行声源识别。同时,以涡声理论为基础,建立偶极子声源强度和流场多物理量的关系,分析流场产生声源的本质。研究表明,偶极子声源集中的位置多为迎风侧气流与壁面发生激烈作用的位置,气流与壁面发生撞击与分离是产生偶极子声源的主要原因,且在该区域涡量的变化对偶极声源强度影响最大,在不同区域,不同方向的涡量分量在起主导作用。     

高速铁路站台列车风特性与人员安全性分析

采用数值模拟方法,对一CRH2型列车在高速铁路隧道以时速200 km运行时的环境进行了模拟,当列车经过站台时,对站台上的列车风的变化过程进行了分析,讨论了站台上列车风的分布特性,并确定了站台人员的安全避让距离.结果表明:紧贴列车壁的边界层风速梯度很大;列车尾部为风速最不利位置;为确保人员的安全,必要时应采取保护措施.     

列车相向运行对双线无砟轨道高速铁路路基动应力响应分析

为了研究在不同高速列车相向运行速度组合作用下双线铁路路基结构的动应力响应,运用ABAQUS软件,建立了列车相向高速运行的双线高速铁路车辆-轨道-路基系统的动力有限元模型.结果表明:在两列动车组相向运行作用下,基床表层及底层表面沿线路横向动应力分布不对称,路基本体表面动应力分布相对对称;动应力在距基床表层表面2.7 m范围内呈线性衰减,动应力降至路基最大应力的50%左右;在2.7~7.2 m范围内,等效应力幅值衰减速度有所减缓,7.2 m至更深的范围内,动应力衰减最为缓慢;在深度为4.5 m左右至更深的范围内动车组相向运行速度越快等效应力幅值越低;基床表层动应力随动车组纵向间距的变化呈双驼峰形分布,分别在2列动车组的一位和二位转向架横向同轴时达到驼峰;随着动车组相向运行速度的提高,列车荷载所引起的动应力振幅增大,对基床表层的影响更持久、损伤更大.     

高速列车座椅疲劳可靠性分析

以高速列车座椅为研究对象,使用有限元软件ANSYS Workbench,结合IEC61373-1999标准中的功率谱密度函数对座椅进行随机振动数值仿真分析,选择座椅材料的P-S-N曲线及相关参数数据,针对不同设计尺寸下的座椅结构,采用Miner线性累积损伤理论分别进行累积损伤疲劳寿命计算。在电动振动试验台上对座椅进行模拟长寿命试验,仿真计算结果和试验结果具有良好的一致性,验证了疲劳寿命仿真分析的有效性。     

横风作用下复杂路段汽车运行安全的概率评估

应用基于可靠度的概率模型对多风的环境中汽车运行稳定性进行了评估。定义了具有概率特性的基本变量风速、风向、路面摩擦系数、路拱横坡度和汽车速度,分析了各种基本变量的相互关系,以及它们如何影响交通事故的概率,并建立了基于交通事故指数的数学概率模型。结果表明,与风有关的交通事故是几个基本变量综合作用的结果。该研究可以为多风地区的道路设计及交通安全的保障提供一定的理论依据。     

列车-地震作用下桥梁结构的动力分析

当列车行驶在桥梁上,同时又遭遇地震作用时,二者的振动叠加或在某个时刻产生共振,会对桥梁结构产生很大破坏。针对这一问题,本文以新建铁路德龙烟线德州至大家洼段64m钢桁架桥梁为例,通过特征值分析,得到了所建模型各阶振动模态及其频率,并分别在地震和列车荷载单独作用时进行时程分析,同时分析了二者共同作用下的动力响应。分析结果表明,结构的第一阶振型为横向一阶,所以结构对于横向地震作用及列车荷载横向动力作用响应显著;地震作用与列车荷载作用相比,其在不同于加载方向产生的响应较小,两者共同作用时,响应明显变大。该研究为桥梁动力设计提供了理论依据。     

基于小波包特征熵的高速列车监测数据的特征分析

将高速列车在不同工况和速度下的监测数据进行傅里叶分析用来确定各种不同工况信号的频率范围,再对不同工况和速度下的信号进行小波包分解,并重构通频范围内前几个低频带信号,进而建立信号的小波包特征熵向量,不同频带信号的小波包特征熵变化反映了列车运行状态的改变,最后将得到的小波包特征熵向量输入支持向量机进行故障识别。仿真分析结果表明该方法对高速列车故障状态识别是有效、可行的。     

地震作用引发的高速列车脱轨评价

动力作用下轨道和路基的振动响应问题是解决高速列车在轨运行安全的关键之一.为保证地震时高铁的在轨安全,基于ABAQUS和FORTRAN子程序方法,创建了高铁无砟轨道-路基-地基三维精细化模型,详细分析地震-列车移动荷载特征对轨道结构的影响以及瞬态脱轨标准,探讨高速列车在地震作用下的临界速度和脱轨机理,考虑的脱轨标准包括轨道横向力与垂直力的比率(脱轨系数)和轨道的横向变形量,以此寻求合理的改进将地震的风险降到最低.结果表明:地震与列车移动荷载共同作用时,前者对钢轨的竖向正位移影响显著,而其加速度和频谱则受后者的作用更为突出;与此同时,列车脱轨概率显著增大,钢轨的临界速度为50 m/s(180 km/h),此时钢轨横向位移较大,脱轨系数曲线变化剧烈,严重超出国家安全标准,列车可能失稳,甚至脱轨.     

反辐射导引头在多信号环境下的定向能力分析

针对多源信号在空间进行合成情况,探讨了多信号源在不同布阵位置时对导引头照射的脉冲前沿到达时间差,分析了脉冲前沿跟踪技术在导引头分辨多辐射源过程中的使用．仿真结果表明,根据脉冲前沿到达时间差分布情况,使用脉冲前沿跟踪技术可以很好地提高导引头在多信号环境下的定向能力．     

便携式列车接近安全报警系统的信号处理

针对远方列车信号很小,且具有很强的噪声,直接通过时域分析误差较大,因此,采取频域分析方法,获取列车接近时的警报信号的规律,以用于便携式列车接近安全报警系统中．对行进中列车车轮冲击钢轨接缝产生振动和声音信号进行分析,得到列车接近的信号规律．经过仿真运行,该方法能够较准确的反映出信号的规律．