抗蛇行减振器力学模型及车辆动力学仿真

为了提高车辆动力学计算机仿真精度,研究抗蛇行减振器力学模型及其对车辆动力学性能的影响,基于可压缩流体的压力?流量特性建立了我国某高速动车组抗蛇行减振器非线性力学模型,并对其进行了试验和动力学仿真分析。结果表明：相比传统分段线性模型,抗蛇行减振器非线性力学模型能够同时体现黏性阻尼力和油液被压缩而产生的回复力,仿真计算结果与试验结果吻合良好;基于抗蛇行减振器非线性力学模型计算的临界速度会随踏面等效锥度的增加而先增大后减小,计算的横向平稳性指标较高,且随速度增加而增加的趋势更显著。研究表明,抗蛇行减振器非线性力学模型能够有效提高动力学仿真精度,对车辆的蛇行运动稳定性和横向平稳性有较大影响,但对垂向平稳性和曲线通过安全性的影响较小。     

基于SIMPACK仿真的某型高速动车组运行平稳性分析

基于多体动力学理论及某型动车组的拓扑结构关系,利用SIMPACK建立了17体、50自由度的某型动车组单节车模型,仿真分析了一系垂向减振器阻尼、二系垂向减振器阻尼和抗蛇行减振器失效对其运行平稳性的影响。研究结果表明,随着一系垂向减振器阻尼的增大,其垂向平稳性逐渐变好,达到最优值后再逐渐变差,即优化一系垂向阻尼可以改善运行平稳性;随着二系垂向减振器阻尼的增大,其垂向平稳性变差,二系垂向阻尼显著影响运行平稳性。为了使单节车运行舒适性指标达到2级,在3个抗蛇行减振器失效工况下动车组可以在200km/h速度范围内平稳运行,在2个抗蛇行减振器失效工况下动车组可以在250 km/h速度范围内平稳运行。     

减振器特性参数对高速动车组临界速度的影响研究

为得到油压减振器特性参数对高速动车组临界速度和轮轨磨耗的影响,以CRH380B型动车组为实例,基于车辆动力学理论,采用动力学仿真软件SIMPACK建立动力学模型,对二系横向减振器、抗蛇行减振器的橡胶节点刚度和阻尼特性进行研究。结果表明:抗蛇行减振器橡胶节点刚度最优值在10~12 MN/m范围内,当节点刚度小于此范围时,临界速度显著下降,轮轨磨耗功率缓慢增加;节点刚度大于此范围时,临界速度缓慢下降,但磨耗功率急剧增加。二系横向减振器橡胶节点刚度对临界速度和轮轨磨耗的影响较小,其最优取值为4.25 MN/m。抗蛇行减振器和二系横向减振器阻尼特性对临界速度和轮轨磨耗均有一定影响。     

高速列车主动抗蛇行减振器的模型预测控制

为提升高速列车的线路运行适应性,设计基于抗蛇行减振器的模型预测控制(MPC)方法,实现基于减振器阻尼值实时调节的车辆蛇行运动稳定性控制。建立考虑线性轮轨接触关系的整车横向7自由度简化动力学模型;减振器考虑为理想Maxwell模型,但阻尼系数实时可调;基于模型预测控制理论设计主动抗蛇行减振器,建立目标函数及约束条件,求解最优阻尼系数;仿真分析主动控制条件的蛇行运动稳定性和运行平稳性以及目标函数对控制效果的影响。结果表明：与被动悬挂相比,采用MPC主动抗蛇行减振器能够有效抑制车辆的蛇行运动,使车辆的临界速度提升30%以上。     

基于线路实测载荷的转向架构架台架试验方法研究

以高速列车转向架构架为研究对象，线路试验获取了转向架轴箱弹簧载荷和一系减振器载荷时程曲线，分析列车进出站、不同速度等级、载荷作用频率对弹簧载荷和一系减振器载荷的影响规律及载荷差异性。采用准静态加载台架试验得到弹簧载荷、一系减振器载荷与构架端部疲劳关键区域应力之间的传递关系，结合线路实测载荷计算得到应力响应曲线，进而获取构架在弹簧载荷、一系减振器载荷及两种载荷耦合作用下的疲劳损伤值。据疲劳损伤一致性理论计算车辆设计寿命里程下构架的弹簧等效载荷和一系减振器等效载荷，并建立基于等效载荷的疲劳损伤计算公式，确定弹簧等效载荷和一系减振器等效载荷的幅值大小及相位关系，最后形成了基于线路实测载荷的构架台架试验方法。研究表明，列车进出站时轴箱弹簧载荷出现较大的载荷波动，最大波动范围为17.48 kN，一系减振器载荷对低频位移响应不敏感；在相同线路条件下，随着列车运营速度的增大，轴箱弹簧载荷和一系减振器载荷均呈现增大趋势，其载荷作用频率主要分布在0～60 Hz范围内；同时在该频带内，随着载荷作用频率的增大，两种载荷间相位差不断减小，该变化规律与减振器动态特性有关。计算得到构架端部在弹簧载荷、一系减振器载...     

铁道车辆液压减振器非线性特性试验与动力学仿真

基于Maxwell模型推导出二系横向减振器和抗蛇行减振器的动态刚度和阻尼等非线性特性,对其分别进行温变特性和动静态特性试验,并基于车辆动力学仿真得出抗蛇行减振器参数对蛇行运动稳定性和运行平稳性的影响规律.结果表明:温变特性试验中的示功图、阻尼偏差率等数据验证了减振器基本参数符合设计要求;减振器动态特性与加载频率和位移幅值相关.针对某高速列车,提高抗蛇行减振器串联刚度或提高其卸荷力,可改善构架蛇行运动稳定性和行车的平稳性、舒适性,但提高其卸荷速度却起到反作用,一般需要取最优值范围.     

高速列车转向架构架载荷特征及疲劳损伤评估

利用载荷标定方法制作轴箱弹簧力传感器和一系减振器力传感器,线路测试得到动车转向架构架的垂向载荷时间历程。结合车载GPS信号和陀螺仪信号,分析列车起动加速、高低速直线运行、线路曲线通过、电机扭矩波动、制动停车等典型工况下构架载荷的变化特征。采用有限元仿真分析的方法确定构架端部的疲劳危险区域及载荷与应力的传递关系,进而编制构架在轴箱弹簧载荷、一系减振器载荷和耦合载荷作用时的应力幅值谱,最后依据疲劳损伤线性累计准则计算得到构架的疲劳损伤分布。研究结果表明,与构架非动力侧相比,构架动力侧轴箱弹簧载荷受电机输出扭矩的影响较大,尤其在列车起动、制动、电机扭矩波动等工况载荷变化明显。在轴箱弹簧载荷和一系减振器载荷单独作用时,构架端部的应力较大位置分布基本一致,最大载荷-应力传递系数为6.56 MPa/kN。在耦合载荷作用下,构架端部各测点处的疲劳损伤值均高于轴箱弹簧载荷、一系减振器载荷的单独作用。列车由速度200km/h增大至350km/h时,构架一位侧疲劳危险点的累计损伤值由0.078增大至0.435,增大了约4.6倍。在同一速度级下,一系减振器载荷产生的疲劳损伤影响参数大于轴箱弹簧载荷。研究结果...     

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。     

抗蛇行减振器不同性能状态的车辆动力学影响

抗蛇行减振器是高速列车悬挂系统中的关键零部件.通过抗蛇行减振器的实测性能退化数据和抗蛇行减振器的设定阻尼值,获取到不同性能状态的抗蛇行减振器性能数据.根据我国某型主力高速列车的动力学参数,建立车辆的动力学模型,结合不同性能状态的抗蛇行减振器性能数据,分析其对车辆动力学性能的影响.结果表明:在实际运行时,抗蛇行减振器的性...     

一系垂向减振器角度对高速车辆运行性能的影响

利用SIMPACK多体动力学软件建立某高速动车组拖车模型,研究一系垂向减振器纵向、横向倾斜角度对该拖车模型非线性临界速度、直线轨道上的平稳性及曲线通过能力的影响。研究结果表明:一系垂向减振器倾斜角度对车辆稳定性和平稳性影响较大,对曲线通过性能影响较小。     

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。     

车间纵向减振器失效对列车动力学性能影响

为了研究车间纵向减振器失效对动车组动力学性能的影响,基于SIMPACK建立某高速动车组动力学模型;分析车间纵向减振器在失效工况下对整车动力学性能影响,有助于解决高速动车组车间纵向减振器异响及异常问题.研究结果表明:车间纵向减振器失效对稳定性影响不大,对垂向平稳性影响也较小,横向平稳性和舒适性有明显恶化;中间车横向平稳性...     

油温对抗蛇行减振器特性和动力学性能的影响

为了研究抗蛇行减振器油液温度对其动态特性和整车动力学性能的影响,对我国某高速动车组抗蛇行减振器进行了试验和动力学仿真分析。试验结果表明,在油液正常工作温度范围内,减振器吸收的能量、减振器动态阻尼及动态刚度随油液温度的降低而增加;而当油液温度超出抗蛇行减振器油液正常工作范围时,减振器吸收的能量、减振器动态阻尼及动态刚度随油液温度降低而降低。仿真结果表明,在油液正常工作温度范围内,蛇行临界速度随油液温度的降低而增大,而当油液温度超出正常工作温度范围时,蛇行临界速度随温度降低而降低,油液温度对车辆平稳性、安全性影响并不明显。     

一种馈能型混合悬架的多模式协调控制

为了有效控制车辆悬架振动及回收振动能量,提出了一种基于滚珠丝杠式作动器和磁流变减振器的车辆馈能型混合悬架结构。建立了1/4车辆2自由度混合悬架动力学模型,分析了混合悬架的主动控制模式和具有电磁阻尼力反馈调节的半主动控制模式,设计了混合悬架多模式协调控制器,并利用MATLAB/Simulink软件对混合悬架多模式协调控制的动态性能、悬架系统的自供能进行了仿真分析,开展了混合悬架台架试验研究。仿真和试验结果表明：与被动悬架相比,随机路面谱输入条件下混合悬架的簧载质量加速度均方根减小了30%以上,混合悬架减振效果显著。     

新型轨道车辆双蓄能器式油气悬架特性研究

为准确描述双蓄能器式油气悬架力学特性,基于流体力学原理,完整建立了某型城市客运车辆双蓄能器式油气悬架的力学模型,仿真得到了该型油气悬架的速度特性与位移特性;详细介绍了不同于一般车辆液压悬架阀片式的实体式阻尼阀;讨论了油气悬架关键参数对其外特性的影响,发现振动速度、蓄能器气压等因素对油气悬架外特性影响较大。双蓄能器式油气悬架是一类集变刚度特性与非线性阻尼力的气、液耦合体,适合载重量变化较大的城市客运车辆,有利于改善车辆平顺性。     

考虑随机参数的高速列车动力学分析

建立高速列车车辆系统非线性动力学仿真模型,考虑悬挂刚度和阻尼、轮轨匹配参数、轮轨界面参数、轨道不平顺和载重的随机性,应用数值仿真研究高速列车动力学性能的随机统计特征。分析随机参数确定方法、动力学仿真工况数量和计算结果后处理方法,并与试验结果进行对比验证。计算结果表明,与常规动力学分析相比,考虑随机因素的动力学方法可以得到动力学指标的分布特性,能够考虑到多种参数随机变化对动力学性能的综合影响。常规动力学计算结果是考虑随机因素的特例,能代表车辆动力学性能的普遍规律,但不能掌握动力学指标的变化域和分布规律。考虑随机因素的动力学方法可用于高速列车动力学性能预测、动力学参数优化和异常振动分析等领域,能更加真实、全面反映车辆动力学性能,优化出的悬挂参数具有更广泛的线路运行适应性。     

Study on damping characteristics of hydropneumatic suspension unit of tracked vehicle

Hydropneumatic suspension unit is an important part of tracked vehicles to absorb external impact load exerted from the non-paved road and the cannon discharge. Its absorption performance is strongly influenced by both damping and spring forces of the unit. In this paper, we numerically analyze the damping characteristics of the in-arm-type hydropneumatic suspension unit (ISU) by considering four distinet dynamic modes of the ISU damper: jounce-loading, jounce-unloading, rebound-loading and rebound-unloading. The flow rate coefficients determining the oil flow rate through the damper orifice are decided with the help of independent experiments. The wheel reaction force, the flow rate at cracking and the damping energy are parametrically investigated with respect to the orifice diameter and the wheel motion frequency.     

Semi-active Sliding Mode Control of Vehicle Suspension with Magneto-rheological Damper

The vehicle semi-active suspension with magneto-rheological damper(MRD) has been a hot topic since this decade, in which the robust control synthesis considering load variation is a challenging task. In this paper, a new semi-active controller based upon the inverse model and sliding mode control(SMC) strategies is proposed for the quarter-vehicle suspension with the magneto-rheological(MR) damper, wherein an ideal skyhook suspension is employed as the control reference model and the vehicle sprung mass is considered as an uncertain parameter. According to the asymptotical stability of SMC, the dynamic errors between the plant and reference systems are used to derive the control damping force acquired by the MR quarter-vehicle suspension system. The proposed modified Bouc-wen hysteretic force-velocity(F-v) model and its inverse model of MR damper, as well as the proposed continuous modulation(CM) filtering algorithm without phase shift are employed to convert the control damping force into the direct drive current of the MR damper. Moreover, the proposed semi-active sliding mode controller(SSMC)-based MR quarter-vehicle suspension is systematically evaluated through comparing the time and frequency domain responses of the sprung and unsprung mass displacement accelerations, suspension travel and the tire dynamic force with those of the passive quarter-vehicle suspension, under three kinds of varied amplitude harmonic, rounded pulse and real-road measured random excitations. The evaluation results illustrate that the proposed SSMC can greatly suppress the vehicle suspension vibration due to uncertainty of the load, and thus improve the ride comfort and handling safety. The study establishes a solid theoretical foundation as the universal control scheme for the adaptive semi-active control of the MR full-vehicle suspension decoupled into four MR quarter-vehicle sub-suspension systems.     

强风雨环境下高速列车运行安全特性

为确保高速列车在强风雨环境下安全运行,结合EULER-LAGRANGE方法和计算多体动力学方法,系统地研究风雨环境下高速列车的气动特性及运行安全特性。基于非球形雨滴,建立高速列车空气动力学计算模型,并验证计算模型的准确性,进而计算强风雨环境下作用于高速列车的气动载荷。建立高速列车车辆系统动力学模型,计算强风雨载荷作用下的高速列车运行安全特性。研究结果表明,在不同风速下,高速列车的侧力、升力、侧滚力矩及摇头力矩均随降雨强度的增加而增大,且与降雨强度近似成线性关系,对于点头力矩,当风速较小时,点头力矩随降雨强度的增加而增大,而当风速较大时,点头力矩随降雨强度的增加而减小。与单纯的强风环境相比,降雨使得高速列车的运行安全特性进一步恶化,在不同风速下,高速列车脱轨系数、轮重减载率、倾覆系数及轮轴横向力均随降雨强度的增加而增大,特别是当风速接近于临界风速时,降雨对高速列车运行安全特性的影响显著。当降雨强度为500 mm/h时,由不同运行安全指标确定的高速列车安全运行的临界风速降低2.3~4.2 m/s。研究结果可为高速列车在风雨环境下的安全限速提供参考。     

Fuzzy chaos control for vehicle lateral dynamics based on active suspension system

The existing research of the active suspension system（ASS） mainly focuses on the different evaluation indexes and control strategies. Among the different components, the nonlinear characteristics of practical systems and control are usually not considered for vehicle lateral dynamics. But the vehicle model has some shortages on tyre model with side-slip angle, road adhesion coefficient, vertical load and velocity. In this paper, the nonlinear dynamic model of lateral system is considered and also the adaptive neural network of tire is introduced. By nonlinear analysis methods, such as the bifurcation diagram and Lyapunov exponent, it has shown that the lateral dynamics exhibits complicated motions with the forward speed. Then, a fuzzy control method is applied to the lateral system aiming to convert chaos into periodic motion using the linear-state feedback of an available lateral force with changing tire load. Finally, the rapid control prototyping is built to conduct the real vehicle test. By comparison of time response diagram, phase portraits and Lyapunov exponents at different work conditions, the results on step input and S-shaped road indicate that the slip angle and yaw velocity of lateral dynamics enter into stable domain and the results of test are consistent to the simulation and verified the correctness of simulation. And the Lyapunov exponents of the closed-loop system are becoming from positive to negative. This research proposes a fuzzy control method which has sufficient suppress chaotic motions as an effective active suspension system.