高速列车运动稳定性设计方法研究

从车辆结构特征和系统参数对高速列车运动稳定性影响的关系出发,提出了合理的遏制车辆蛇行失稳控制策略,并利用灵敏度分析对控制策略进行了验证.针对系统参数的非线性影响、工程应用以及服役特性,探讨了临界失稳速度设计目标值的确定原则;从车体质量、二系悬挂刚度及阻尼、轴箱纵横向定位刚度等悬挂参数的工程应用角度,给出了参数的选择范围;从列车运动稳定性对参数灵敏度和参数对动力学性能的影响,提出了基于灵敏度的优化原则和性能均衡原则,并引入了运动稳定性的可靠度设计理念.      

轨道随机不平顺下磁浮车辆非线性动力学特性

基于柔性轨道研究了随机不平顺下磁浮车辆的动力学特性, 在将轨道受力分解为分段链式结构的基础上, 提出了一种磁浮车辆垂向悬浮稳定性分析方法, 定义了不同悬浮力作用于各自悬浮点时柔性轨道的振动固有频率和模态矩阵; 建立了轨道分段链式结构的离散形式和轨道结构的运动方程, 采用虚拟激励法将轨道不平顺产生的随机激励转化为系统输入激励, 并将轨道随机高低不平顺作为振动激励源进行车轨振动控制; 在不同反馈控制参数下采用电压反馈双环PID控制器数值仿真车辆的悬浮状态, 并分析了轨道随机不平顺激励下反馈控制参数对磁浮系统稳定性的影响。研究结果表明: 当磁浮车辆速度为50~80 km·h-1, 位移反馈参数、速度反馈参数和电流反馈参数分别为140 000、50、500时, 车辆可以从起始间隙16 mm快速定位到平衡位置间隙9 mm, 在2.2 s时即可稳定悬浮, 系统的超调量和稳态误差分别为1.50和0.13 mm, 且系统振动频率趋近于0;当位移反馈参数、速度反馈参数和电流反馈参数分别为15 000、50、400时, 磁浮车辆在轨道随机不平顺作用下的悬浮稳定性变差, 系统在9 s左右逐渐趋于稳定, 但仍旧在平衡位置上下浮动, 且系统振动频率和振动幅值分别为7 Hz和0.5 mm; 当磁浮车辆的速度超出50~80 km·h-1时, 第1组反馈控制参数不再适用, 磁浮系统在1.7 s左右发散, 车辆失稳, 表明在不同车辆速度和反馈控制参数的作用下, 轨道随机不平顺能显著影响磁浮车辆的悬浮稳定性。      

铁道车辆横向能量回馈式主动悬挂鲁棒控制

为保证一类具有参数不确定的铁道车辆横向能量回馈式主动悬挂系统的稳定性,通过引入带有交叉乘积项的二次型调节器,提出了一种鲁棒H∞控制器的设计方法,并对含摄动的悬挂系统模型进行了鲁棒H∞控制器设计.分析了具有参数摄动的能量回馈式主动悬挂系统的能量平衡条件,并在MATLAB/SIMULINK下,对控制系统进行了仿真.仿真结果...     

外部扰动下一类车辆跟驰模型的稳定性分析

为了研究交通拥堵问题,基于多智能体一致性理论对一类车辆跟驰模型的稳定性进行了研究.利用Lyapunov稳定性理论,通过设计适当的控制器使得车辆跟驰模型趋于稳定,并得到了模型稳定性的条件.此外,在车辆受到不确定的外部扰动的情形下,研究了车辆跟驰模型的稳定性.最后,采用Matlab仿真技术进行了数值模拟,结果表明在设计的控制器下,车辆跟驰模型快速趋于稳定,拥堵现象得到了有效的缓解.     

基于人-车-路-环境的车辆安全运行区域研究

车辆安全运行区域的确定对于提高行车安全具有重要的意义。以高速公路为背景,作者通过综合考虑车辆的行驶状态、驾驶员疲劳程度以及天气状况等因素对车辆的安全运行区域的影响进行了研究。目的是根据车辆当前状态,结合运行参数对危险行驶区域做出警示,减少驾驶员的负担和判断错误。算法部分分别针对跟车模式和超车模式搭建模型,对安全运行距离和区域进行了求取,最后设计了虚拟现实仿真场景对车辆的行驶过程进行了模拟。多次实验表明,本文安全运行区域模型具有很好的稳定性和准确率。     

基于veDYNA的运输车辆侧翻动力学仿真研究

选取三轴货车为研究对象,基于车辆动力学仿真软件ve Dyna环境建立运输车辆行驶动力学仿真平台,并对模型的有效性进行验证。通过设置角阶跃典型行驶道路工况,分析车辆行驶动力学参数和道路参数等因素对运输车辆发生侧翻的影响机理。仿真结果表明,车速、方向盘转角等动力学参数对运输车辆的侧倾稳定性影响较大,道路参数对运输车辆的侧倾稳定性影响较小。建立的运输车辆行驶动力学仿真平台,能够很好的模拟真实车辆的实际工况,为进一步研究运输车辆的防侧翻控制提供较好的理论基础。     

高速客车非线性模型动力学分析

本文建立客车动力学的非线性模型,分析各种非线性结构,悬挂参数对车辆动力性能的影响,着重讨论高速车辆的横向稳定性和在轨道随机不平顺激扰下的运行平稳性。本文还应用研究结果优选出适合我国高速铁路运行的车辆参数匹配。     

微混合动力城市客车动力系统的参数匹配

在城市工况下,车辆怠速油耗大,车辆起停十分频繁,微混合动力汽车利用BSG对发动机进行快速启动和停止控制,取消了发动机怠速工况。通过对车辆起动和制动工况进行分析,对城市客车动力传动系统结构进行改进,提出了车辆控制策略,并对动力系统参数进行匹配设计。利用ADVISOR软件对车辆性能进行了仿真分析,确定了动力系统各部件的参数。分析结果表明,改进后的动力系统结构能满足车辆起动性能要求,其燃油经济性也有所提高。     

磁浮列车车辆—轨道耦合振动及悬挂参数研究

基于磁浮列车车辆－轨道耦合振动模型,建立了动力学方程,利用编制的仿真程序对车辆轨道的耦合动进行仿真分析,对于悬挂参数特别是模块侧滚约束参数的影响进行定量研究,确定了悬挂参数的取值范围,并据此对青城山磁浮试验车的悬挂参数和设计提供出了建议。     

稳健性优化方法在铁道车辆优化中的应用

采用一种基于灵敏度分析的稳健性优化方法,以某铁道车辆转向架悬挂参数为设计变量,针对该车辆的稳定性进行了优化设计,并结合正交试验参数灵敏度分析方法对优化后的悬挂参数进行了灵敏度分析.研究结果表明,稳健性优化设计得到的悬挂参数不仅使该车辆拥有较高的临界速度,且临界速度对各悬挂参数的灵敏度均很低,文中优化后车辆的临界速度达到了505 km/h,当各悬挂参数改变时,临界速度变化不到5％.     

不确定多时滞线性系统的稳定性

对于多参数扰动下的多时滞线性系统，构造二次型加积分项的Lyapunov泛函，导出了系统鲁棒稳定的时滞独立准则，由于利用了不确定性的结构特点，该准则给出的时滞独立扰动界关于参数空间的原点可以是非对称的，扩大了系统的稳定参数域，给出了所得结果的数值算例，并与已有的结果作了比较。     

高速列车动力学性能研究进展

为更深入全面了解高速列车系统动力学研究现状，综述了高速列车动力学性能对车辆运行稳定性、安全性和平稳性的影响，总结了列车安全评价方法和动力学试验方法在车辆动力学中的应用，基于轮轨间作用力，分析了轮轨磨耗对列车动力学性能的影响，概括了车-桥耦合模型、弓网系统以及列车空气动力模型在车辆系统动力学中的研究内容。分析结果表明:车轮异常磨耗会导致舒适性下降，合理的车轮镟修能有效降低车轮非圆化和车辆系统关键部件的振动，降低车内振动噪声，增加列车运行稳定性、安全性和平稳性；合适的轮对定位刚度和抗蛇行减振器的刚度和阻尼有利于提高列车蛇行运动稳定性和转向架运动临界速度；钢轨波磨严重时会导致钢轨扣件松动，缩短车辆构架和钢轨的使用寿命；通过合理的钢轨廓型打磨可消除曲线波磨，改善轮轨关系；行波效应对车辆安全性影响很大，与相同激励下的各项参数相比，车速为350 km·h-1、行波速度为300 m·s-1时的脱轨系数、轮重减载率和轮轨横向力都有所降低；横风作用下受电弓气动抬升力增大，影响接触网安全，增大弓头阻尼和弓头刚度可改善弓网受流特性。      

轨底坡变化对高速车辆运行行为的影响

现有轨道精调和养护维修过程中往往只针对轨道的高低、方向、水平、扭曲等相关因素进行调整,对轨底坡的相关规定较少.对现有客运专线同一轨道的一段区间进行轨底坡现场测量,发现轨底坡变化较大.通过建立国内某时速250 km动车组车辆模型,考虑LMD车轮型面与标准60 kg/m(CHN60)钢轨匹配,分析了在同一轨道具有标准轨底坡...     

轮胎式轨道交通车辆动力学研究现状与挑战

总结了几种典型轮胎式轨道交通车辆动力学问题的研究现状,包括跨坐式单轨车辆、悬挂式单轨车辆、胶轮路轨车辆、胶轮有轨电车和虚拟轨道车辆,探讨了轮胎式轨道交通车辆动力学未来的研究内容。研究结果表明:跨坐式单轨车辆动力学研究集中于抗侧倾稳定性、曲线通过性能和车-桥耦合振动,根据跨坐式单轨车辆抗侧倾稳定性变化规律提出的临界侧滚角理论阐明了稳定轮和导向轮预压力的设置原则,给出了稳定轮和导向轮预压力与运行舒适度、曲线限速之间的联系,跨坐式单轨车辆提速的关键是开发性能更优的轮胎,并控制由于运行速度提高所引起的振动恶化;悬挂式单轨车辆动力学研究集中于车辆运行性能和车-桥耦合振动,其倾摆特性和横风引起的倾摆稳定性是悬挂式单轨车辆的特有动力学问题,由于车-桥耦合振动引起的钢质轨道梁低频噪声是有待研究的问题;胶轮路轨车辆在国内的研究刚刚起步,现阶段的主要问题是改善车辆的横向平稳性;胶轮有轨电车动力学研究集中于车辆运行性能和导向轮/轨关系,研究难点在于阐明其导向稳定性的机理和影响因素;作为一种新型轨道交通车辆,虚拟轨道车辆提出了许多新的动力学研究问题,包括循迹控制、机械架构与循迹控制策略的匹配性、纵向力分配、分布式驱动等,或将成为轮胎式轨道交通车辆动力学研究的新热点。      

基于电机动力吸振的高速列车蛇行运动控制

复兴号CR400BF高速动车组动力转向架的牵引电机采用特有的四点弹性架悬方式, 在电机和构架之间安装有横向液压减振器和横向止挡, 首次采用牵引电机作为动力吸振器来控制转向架蛇行运动稳定性和蛇行频率, 从而避免引起车体弹性模态共振; 考虑悬挂参数和轮轨接触非线性, 建立了复兴号动车组非线性多刚体动力学仿真模型, 通过悬挂模态计算和动力学时域仿真, 分析了关键参数对动车蛇行运动的影响规律; 基于将电机作为动力吸振器的原理, 优化了电机节点横向刚度和横向减振器阻尼; 考虑动车组运营中的轮轨匹配随机因素, 组合400种轮轨随机匹配状态, 仿真分析了动车的动力学性能; 开展动车组长期线路动力学跟踪试验, 研究了动力转向架蛇行运动演变规律。仿真与试验结果表明: 牵引电机弹性架悬下的构架横向加速度频谱图从以蛇行频率为主频的单峰值变化为主频在蛇行频率两侧的双峰值, 说明电机起到了动力吸振器的作用; 将电机作为动力吸振器能够提高动车蛇行运动稳定性, 具有不同等效锥度的典型轮轨匹配下非线性临界速度超过500 km·h-1; 动车蛇行运动最高频率被控制在6 Hz附近, 远离车体中部菱形弹性模态频率8.5 Hz, 避免了转向架蛇行运动激起车体弹性共振; 动车组在轨道随机不平顺激扰下, 构架端部横向加速度小于0.5g, 平稳性指标小于2.5, 轮轴横向力和脱轨系数等运行安全性指标满足要求。      

不同车轮踏面对高速轮轨关系的影响研究

根据中国高速铁路的现状,在轮对内侧距选用1353、轨底坡选用1:40、钢轨选用中国高速钢轨cHN60的前提下,研究了CRH2上使用的LMa、CRH3上使用的S1002G和日本新干线圆弧车轮JP-ARC这3种踏面对CHN60轮轨的影响.研究结果表明,LMa与CHN60的轮轨接触点分布比较均匀,有利于车轮型面的保持;其次是...     

轨道车辆车轮多边形研究进展

针对轨道车辆普遍存在的车轮多边形问题, 从轨道车辆的稳定性、曲线通过能力、平稳性三方面阐述车轮多边形对轨道车辆动力学性能的影响, 从疲劳寿命角度评价车轮多边形对车辆-轨道系统零部件的影响; 基于轮轴和轨道结构特性、轮轨间动力作用、车轮材料及加工工艺方面研究, 对车轮多边形形成机理进行了归类; 归纳了车轮多边形产生的影响及其成因, 概括了现有车轮多边形检测与控制方法; 提出了车轮多边形研究展望, 为后续车轮多边形问题研究提供参考。研究结果表明: 车轮多边形会威胁到车辆系统稳定性, 降低车辆的曲线通过性能及车辆平稳性, 影响了旅客乘坐舒适性, 并对车辆-轨道零部件产生共振疲劳损伤; 轮轴共振是引起低速车辆车轮多边形的原因之一, 钢轨在外部激励下的响应以及局部模态与车轮多边形的形成也有必然联系, 轮轨摩擦振动则普遍适用于解释所有轨道车辆车轮多边形的产生, 车轮自身材质特性及制造镟修工艺也是车轮多边形现象发生的潜在因素; 动静态检测是处理车轮多边形现象的方法之一, 另外就是通过优化车辆-轨道系统结构、加强车轮生产工艺、对车轮踏面圆度及时修正等措施实现对车轮多边形现象的控制; 目前, 镟修仍是车轮多边形最直接处理手段, 应当改善镟修工艺。      

铁道货车非线性稳定性

建立了具有 35个自由度的三大件转向架货车系统通用非线性数学模型 ,可用于分析普通三大件转向架、侧架交叉支撑转向架、自导向和迫导向径向转向架货车的非线性动力学特性。模型充分考虑了轮轨相互作用关系及悬挂系统的非线性因素 ,运用数值分叉理论分析车辆系统的非线性运动稳定性 ,对各导向机构和交叉支撑机构对三大件转向架货车运动稳定性的影响分别进行了研究 ,同时对货车系统有可能出现的准周期解及混沌运动也进行了探讨     

网联车辆编队的鲁棒模型预测控制方法

为研究一类带有结构不确定干扰的网联车辆编队控制问题,考虑结构扰动服从盒式不确定集约束情况,提出一种基于鲁棒对等变换的模型预测编队控制方法。首先,基于车辆运动学状态方程,对传统车辆编队控制模型进行描述;其次,在状态方程中引入仿射结构不确定矩阵,构建最小最大化范式下的网联车辆编队控制模型;然后,在盒式不确定集下,基于鲁棒对等理论将该模型转化为计算上易于处理的上图优化模型;最后,采用序列二次规划算法获得最优编队控制方案,并通过仿真实验将该控制方案与传统车辆编队控制方案进行对比,以此验证模型的有效性。 结果表明：本文提出的最优编队控制方法能够抵御编队系统结构不确定干扰,在实现稳定编队目标的同时保障车辆的编队安全性。