高速列车运行平稳性研究

以列车为研究对象 ,采用面向对象的建模技术 ,建立了带车辆间悬挂系统的三辆车编组以及单车的垂向及横向非线性动力学模型 ,分别对单车和三辆车编组的列车模型进行了频域研究 ,研究表明车辆间加入悬挂系统增加了车辆间的耦合 ,能有效地提高列车高速运行时的平稳性。     

车端侧滚减振装置对高速双层动车组动力学性能的影响分析

双层动车组设置较大的二系横向阻尼来抑制一次蛇行引起的共振,而较大的二系横向阻尼会使车辆的横向平稳性变差。针对某型高速双层动车组横向平稳性差的问题,基于车端侧滚减振装置的工作原理建立了车端侧滚减振装置在车体滚摆和摇头运动状态下的数学模型,并将AMEsim软件中建立的减振器仿真模型与台架试验进行验证。最后通过建立车端侧滚减振装置与被试车辆的联合仿真模型,在不改变车辆现有悬挂参数的基础上对车端侧滚减振装置的关键参数进行优化选取。仿真结果表明,车端侧滚减振装置可以在不影响车辆垂向平稳性、保证曲线运行安全性的前提下有效改善双层动车组的横向平稳性。     

铰接系统减振器对虚拟轨道车辆动力学性能的影响

虚拟轨道车辆作为新型轨道交通，由于多节编组结构导致车辆自由度较多，可能会出现甩尾、横摆、折叠等不稳定现象，影响车辆行驶稳定性和平稳性。虚拟轨道车辆通过铰接系统进行连接，铰接系统阻尼较小，车辆易出现跑偏、失稳等情况，阻尼较大，则会降低列车的灵活性。基于某三模块六轴虚拟轨道车辆实际参数，建立车辆系统动力学模型，选择直线、换车道以及1/4圆曲线等典型工况，通过联合仿真等方法分析铰接阻尼对车辆动力学性能的影响。研究结果表明：直线工况下，增大阻尼系数能够有效抑制车辆的横摆角加速度，提高车辆的横向平稳性；在B级路谱、70 km/h工况下，阻尼系数为107N?s/m时，横向平稳性相比未安装铰接减振器降低14.1%，但对车辆垂向平稳性影响较小。换车道工况，阻尼系数过大或过小均会使列车的横向稳定性恶化，合理的阻尼系数将提高车辆的横摆阻尼比，减小车辆间的横向摆振，从而控制后部放大系数和轨迹偏移量；阻尼系数为107N?s/m时，后部放大系数显著减小，且轨迹偏移量由0.724 m降至0.511 m，减小29.4%。1/4圆曲线工况，增设铰接系统减振器将降低车辆的曲线通过性能，当阻尼系数为107N?s/m时，转...     

8车编组重联及16车编组下高速列车气动性能研究

为研究长大编组情况下高速列车的空气动力学性能,基于Navier-Stokes方程及标准k-ε湍流模型建立高速列车空气动力学计算模型,计算两列8车编组重联及16车编组情况下的高速列车空气动力学性能。数值计算结果表明,在重联区域,8车流线型处的流动分离直接作用于9车,影响了两车的气动阻力分布,8车阻力系数为0.094,9车阻力系数为0.145,8车编组重联整车气动阻力较16车编组增大0.060。重联编组下,向上升力最大的是8车,升力系数为0.073,向下升力最大的是头车,升力系数为-0.101。对于16车编组,向上升力最大的是尾车,其升力系数为0.054,向下升力最大的为头车,其升力系数为-0.088。研究结果对长编组高速列车气动性能优化具有参考意义。     

高速列车空气弹簧横向特性动力学建模与应用

为了优化高速列车空气弹簧的横向动力学特性,以含附加气室与节流阻尼孔的高速列车空气弹簧为研究对象,分析了橡胶气囊在横向变形下的受力状态,采用橡胶材料的本构关系对橡胶气囊的摩擦力、线弹力进行了描述,建立了空气弹簧横向非线性模型。基于实测数据和有限元方法辨识了摩擦力、线弹力和其他动力学参数,试验验证了该模型的准确性,探究了空气弹簧横向刚度特性的影响因素。将该模型直接导入到车辆动力学模型中进行联合仿真,计算空气弹簧模型对车辆运行平稳性、曲线通过性的影响。结果表明：考虑橡胶气囊特性的空气弹簧模型能描述出刚度回滞曲线的两端尖角效应,且与试验曲线更接近;该模型在动力学计算中能降低高速列车的横向平稳性指标,并提高列车通过曲线时的计算精度。     

地铁车辆连挂冲击非线性动力学模型

在考虑车钩缓冲器非线性刚度和阻尼、车辆轮轨之间摩擦力的情况下,建立编组列车连挂冲击的非线性模型。根据试验结果,确定了缓冲器的非线性刚度和阻尼,并将数值仿真结果与试验结果进行比较,证明了模型的正确性。使用数值仿真方法,分别研究六车编组、二车编组列车的连挂冲击特性。研究结果表明,车辆连挂碰撞时,冲击分界面处的缓冲器的冲击力、压缩行程最大;不同数量的车辆编组碰撞冲击时,最大冲击力不但存在差异,而且,缓冲器的压缩行程、吸收的能量也不相同;距离冲击分界面较远的车辆之间,可以配置容量较小的缓冲器。     

350km/h高速列车风致安全研究

结合高速列车空气动力学和多体系统动力学,系统研究了350km/h高速列车的风致安全特性.首先建立了头车-中间车-尾车编组的高速列车空气动力学模型,研究了不同侧风速度(包括不同风速大小和不同风向角)下高速列车气动载荷的变化规律.然后建立拖r动-拖编组的高速列车多体系统动力学模型,将得到的气动载荷作为外加载荷作用于列车上,研究了高速列车的运行安全性和运行姿态,为侧风下350km/h高速列车的安全运行提供参考.     

基于LMI优化的车辆非平稳行驶下的主动悬架控制研究

使用有边界条件下的鲁棒H∞控制理论,并且利用线性矩阵不定式(LMI)优化技术,对行驶在非平稳状态下的半车车辆模型的主动悬架进行了控制仿真研究。提出了非平稳行驶状态下基于LMI的车辆的主动悬架的控制策略。运用仿真软件MATLAB,分别对车辆垂直方向上振动响应的频域特性、车辆模型参数的不确定性和垂直振动响应时域特性等方面分析了车辆非平稳行驶时的平顺性,给出了半车车辆模型的主动悬架控制系统与被动悬架系统的仿真比较,因此证明了所研究方法的可行性和有效性,为车辆主动悬架系统的研究提供了有力的理论依据。     

高速列车不同位置受电弓非定常气动特性研究

为研究高速列车不同位置受电弓的非定常气动特性,基于计算流体动力学理论,建立高速列车空气动力学模型。列车模型采用八节编组,包括头车、六节中间车和尾车。受电弓为双弓模型,包括一个升弓和一个降弓,安装于第一节中间车的前端或后端,或者安装于第六节中间车的前端或后端。采用分离涡模拟(Detached eddy simulation,DES)方法对明线无横风环境下运行的高速列车周围流场进行数值模拟,列车运行速度为350 km/h,得到高速列车不同位置受电弓受到非定常气动力的时域特性、频域特性以及受电弓周围非定常流场结构。结果表明:受电弓安装位置沿列车纵向向后,受电弓气动阻力和升力的时域均值都呈减小的趋势;升弓开口运行时,受电弓气动升力时域均值都小于闭口运行时,升弓滑板气动升力和侧力的波动幅值也都小于闭口运行时;升弓滑板的升力和侧力波动呈现典型的宽频分布特性,其主要频率位于0~300 Hz范围内。     

高速列车座椅主动悬架的多模态控制研究

建立了基于主动悬架的高速列车悬架-座椅-人体的四自由度动力学模型,并对该列车模型稳定性的优化控制进行了研究。针对该座椅主动悬架模型设计了模糊控制器和复合P-模糊-PID的多模态控制器,应用Matlab/Simulink软件在相同的工况下进行仿真实验,并将两种控制方法下的仿真结果与被动悬架车辆模型的仿真结果进行对比分析。结果表明,相较于被动悬架车辆模型,上述两种控制方法下的主动模型座椅处的振动特性均得到了改善,达到了预期的控制效果,且多模态控制下的改善程度最佳;对高速列车乘坐舒适性的提高有着一定的理论参考意义。     

铰接式自卸车橡胶弹簧悬架系统的动力学建模与分析

基于XAD250铰接式自卸车悬架结构拓扑关系，建立了橡胶弹簧悬架系统及整车的非线性数字化模型；在ADAMS软件中生成了等级路面后，以不同载荷和车速对样机进行了动力学仿真分析。分析结果表明：前悬架橡胶弹簧刚度的非线性特性能满足驾驶室在不同载荷下具有等支承频率，从而保证稳定的行驶平顺性要求；后悬架系统在轻载荷下较之重载荷具有较高的支承频率，这会影响到车辆的整体行驶平顺性。对后悬架橡胶弹簧刚度进行了优化，优化后橡胶弹簧的非线性刚度曲线能够使车辆保持稳定且有良好的平顺性。     

车间纵向减振器特性参数对高速动车组动力学性能的影响研究

目前国内外高速列车中对于车间纵向减振器的应用较少。为了解车间纵向减振器对列车动力学性能的影响,根据CRH380B型动车组实际参数,运用动力学仿真软件SIMPACK建立装有车间纵向减振器的四动四拖八节编组列车系统动力学模型。通过改变车间纵向减振器的阻尼与节点刚度来分析其对列车平稳性、稳定性和曲线通过性的影响。分析结果表明：车间纵向减振器特性参数对车体横向加速度、车体摇头运动、横向平稳性指标等车体的横向动力学性能有一定影响,其中对车体1~3 Hz的低频摇头运动有明显的抑制作用,抑制效果达到了36.4%;但是车间纵向减振器特性参数对列车走行部的动力学性能影响相对较小。安装合理阻尼与节点刚度的车间纵向减振器能够有效地提升列车整体动力学性能。     

Semi-active control to reduce carbody vibration of railway vehicle by using scaled roller rig

As train operating speeds increase, upgrading the performance of the railway vehicle has been required. To improve the ride comfort related to vibration, researches to replace the conventional passive suspension with (semi)active suspension have been carried out. For the purpose of vibration reduction, the magneto-rheological (MR) damper has been widely applied in automobile or anti-vibration areas, but it hasn??t yet been applied to railway vehicles. In this study, skyhook control with the MR damper was applied to the 1/5 scaled railway vehicle model on roller rig to suppress the lateral vibration of the carbody. For the 1/5 scaled prototype model of the railway vehicle, the dimensions of railway vehicle were scaled down by similarity method. Both numerical analysis and experiments to control the carbody lateral vibration were conducted and compared. The possibility of improving both the ride comfort and running stability of the railway vehicle by using the semi-active control was discussed in detail.     

装有液压互联悬架的某型SUV车辆动力学分析及路试验证

提出一种新型油气互联悬架,用于替代传统车辆所使用的稳定杆,在基本不影响车辆其他性能的前提下有助于提高抗侧翻性能。为研究该悬架对某型SUV车辆操纵稳定性的影响,搭建了基于CarSim/Simulink/AMESim的联合仿真平台,建立了液压互联悬架的整车机液耦合的多体动力学模型。仿真结果表明,装有液压互联悬架的整车在操纵稳定性评价中得分较高。为了验证该仿真平台的正确性和进一步研究该油气互联悬架对车辆性能的影响,基于某型SUV车辆开发了整套油气互联悬架样车,并进行了路试。实验结果与仿真结果吻合较好,从而验证了仿真平台的正确性,为后续该类悬架的设计和优化提供一种新的计算机仿真方法。实验和仿真结果表明,在不影响车辆舒适性的前提下,液压互联悬架能提供较大的侧倾刚度,增强高速转弯时车辆的安全性,提高车辆的操纵稳定性。     

悬架参数多目标性能优化

以多体动力学理论为基础,利用机械动力学分析软件ADAMS建立某轿车的整车虚拟样机模型。研究悬架系统对乘员舒适性及车辆对道路破坏程度的影响规律。根据行驶平顺性和道路友好性各自评价指标进行了数值计算,分析了行驶车速、悬架弹簧刚度和减振器阻尼对车辆平顺性和道路友好性的影响,最后得到了优化的悬架参数。通过比较优化前后的车辆对道路的动载荷,提出了对车辆悬架设计与使用方面的有益建议。     

随机干扰下汽车电控悬架车身高度控制研究

空气悬架汽车在对其车身高度进行动态切换的过程中会严重受到随机干扰所带来的不良影响,为了解决这个问题,通过与空气弹簧的模型结合而建立整车模型,从而对随机干扰下汽车电控悬架车身高度的调节和控制进行研究。其中神经网络PID自适应高度调节控制器是利用单神经元自调整增益算法来设计的,并通过仿真软件对控制器的性能进行验证。根据仿真结果可验证所设计的控制器能够有效改善随机干扰对汽车电控悬架车身高度调节过程中产生的震荡,并使得车辆的稳定性和舒适性得到了提高。     

城轨列车悬挂系统显遗传自适应模糊控制

为有效抑制城轨车辆行驶时悬挂系统出现的横向振动,提升车辆平稳性与舒适度,引入调控效果优于传统模糊控制的显遗传自适应模糊控制方法,扩展其收敛条件并证明其适用于城轨列车悬挂系统,扩大了该方法的使用范围。在Matlab/Simulation中根据时速为80km/h的某型城轨列车参数搭建车辆悬挂系统模型,并设计了显遗传自适应模糊控制器。仿真实验结果表明,显遗传自适应模糊控制对城轨列车悬挂系统横向振动抑制效果良好,在其控制下列车横向合成加速度、横移振动加速度、侧滚振动加速度以及摇头振动加速度的最大值、均方根值以及功率谱密度值均有所降低。与普通模糊控制相比,显遗传自适应模糊控制能够有效抑制城轨列车横向振动,大幅度提高乘客舒适度。     

关节式集装箱平车动力学建模与仿真

建立了关节式集装箱平车非线性动力学模型，在建模过程中，对三大件转向架、车体间铰接结构等关键部件的处理方法进行了分析，并运用SIMPACK多体动力学仿真软件研究了车辆系统的运动稳定性、运行平稳性及曲线通过性能，分析结果表明，该车具有较好的动力学性能，能够满足运行要求。     

车辆半主动悬架系统控制的研究与仿真

在基于阻尼控制的半主动悬架系统模型基础上,设计了悬架系统模糊逻辑控制器。并从频域和时域两个角度对悬架控制系统进行了分析,最后对车辆行驶平顺性进行了评价。结果表明,模糊控制可有效提高车辆的行驶平顺性。