基于空间状态辨识理论的高速铁路车体垂向加速度预测模型

轨道不平顺是引起车辆振动的主要激励源。深入分析轨道高低不平顺与车体垂向加速度关联关系动态,掌握轨道结构传递特性,对科学评价车辆、轨道的服役状态及精准指导线路养护维修具有重要意义。基于系统辨识理论,以我国高速综合检测列车车载检测系统在一高速铁路上的实测轨道不平顺及车体垂向加速度样本数据为基础,通过平均周期图谱法计算检测数据功率谱密度及其相干函数,用状态空间方法构建长波轨道高低不平顺与车体垂向加速度之间的传递模型,并用关联模型传递函数及实测数据对所建模型进行验证。结果表明:模型预测的车体垂向加速度与相应实测数据有较强的线性相关性;利用合理阶数的状态空间模型,能够有效辨识长波轨道高低不平顺与车体垂向加速度之间的传递关系。     

高速铁路路基沉降对车体振动影响研究

某开通时间较短的高速铁路线路受连续降雨影响,路基沉降快速发展,导致部分区段轨道结构发生变形,使轨道不平顺幅值明显增加,引起车体振动加剧,对列车运行的安全性和稳定性造成影响。为了研究路基沉降引起的轨道不平顺对车体振动的影响,选取典型路基沉降区段连续4次动态检测数据进行时频特征分析,结合建立的车辆-有砟轨道空间耦合动力学仿真模型,研究路基沉降区段轨道不平顺和车体振动加速度之间的映射关系,获得了路基沉降不平顺波长和状态演变对车辆动力响应的影响规律。研究结果表明：降雨导致的路基沉降对高低不平顺和车体垂向加速度的影响显著,对轨向不平顺和车体横向加速度的影响较小;路基沉降区段的高低不平顺与车体垂向加速度幅值变化趋势和振动频率基本相同,42～70 m波长高低不平顺的幅值增加是造成车体垂向振动加剧的主要原因;依据仿真结果,路基沉降引起的高低不平顺幅值急剧增加会造成行车过程中局部轮轨垂向力显著减小,导致轮重减载率显著增加;对于速度等级250 km/h的线路,建议雨后重点盯控路基沉降点长波高低不平顺的变化,针对车体垂向振动加速度不良区段的养护维修作业,应着重调整42～70 m波长高低不平顺幅值,以保障车辆...     

基于状态空间法的轨道不平顺与车体横向加速度关联模型

构建状态空间模型研究我国高速铁路实测轨道不平顺与高速综合检测列车车体横向加速度数据之间传递特性。首先采用谱分析方法分析长波轨向不平顺、水平不平顺等与车体横向加速度在空间频域上相干特性,根据相干分布规律分频段建立轨道不平顺与车体横向加速度之间的多输入单输出状态空间模型;再利用高速综合检测列车实测数据训练状态空间模型的结构参数辨识输入输出之间的传递关系;最后验证所建状态空间模型的残差符合零均值正态分布。利用训练得到的状态空间模型传递函数及实测轨道不平顺数据预测了车体横向加速度输出,并与相应实测车体横向加速度数据进行对比。验证结果表明,在合理的空间频段上搭建的状态空间模型,能够准确地辨识轨道不平顺与车体横向加速度之间的传递关系。     

基于深度学习的轨道不平顺与车体垂向加速度映射模型

高速列车在长期服役条件下，其车辆悬挂系统等参数与设计值差异较大。多体动力学仿真模型难以模拟真实运营环境，且计算效率较低。为更加准确、快速地评价各种轨道结构以及不平顺激励下车体的垂向振动响应，根据实测轨道不平顺与车体垂向加速度的时空数据传递特征，建立一种卷积长短期记忆组合模型，该模型将轨道不平顺与列车运行速度作为输入，实现对车体垂向加速度的预测。结果表明，卷积长短期记忆模型预测的平均绝对百分比误差值为5.64%,相比动力学仿真模型减少3.57%。在预测一段3 km长线路的垂向车体加速度时，动力学仿真模型需要花费约53 s,而卷积长短期记忆网络只需要花费约1.6 s,预测效率提升33倍。     

基于稳态、非稳态振动信号分析的轨道不平顺敏感波长及其与车辆响应间关系的研究

基于轨道不平顺输入与车辆动力学响应输出之间的频域传递特性分析,研究快速确定与车辆系统对应的轨道不平顺敏感波长的新方法.利用该方法分析某型高速车辆所对应的轨道不平顺敏感波长的结果表明:在300～360 km· h-1速度范围内,8m的多波周期轨道垂向不平顺波长会引起高速车辆较大的垂向响应;37m左右的多波周期轨道横向不平顺波长会引起高速车辆较大的横向响应.应用短时傅里叶变换和小波包分析技术这2种非稳态振动信号分析方法对车辆系统的车体垂向加速度进行特征分析,可以较全面地揭示出其时频特性,从而能够间接分析出与车辆振动响应信号相关联的轨道不平顺输入信号的非稳态特性.     

轨道高低不平顺敏感波长的分布特征及其影响因素的研究

基于车辆-轨道耦合动力学理论,采用频率分析方法计算轨道高低不平顺与车辆-轨道垂向耦合系统之间的传递函数。根据车辆-轨道耦合系统的振动传递特性得出轨道高低不平顺的敏感波长,并分析其分布特征,进一步探讨行车速度、车辆悬挂参数、轨道参数对敏感波长的影响。结果表明:基于车辆-轨道耦合系统的振动传递特性,可得出轨道不平顺的敏感波长;车体、转向架振动加速度的敏感波长不随车速的增大而递增,而由车速的增大速率与敏感频率移动速率的比值决定的;轮对加速度、轮轨力和轨道结构振动加速度的敏感波长随车速的增大近似呈线性增大;适当增大车辆系统的悬挂刚度和阻尼有利于减小高低不平顺的最大敏感波长范围;轨道刚度和阻尼对车体、转向架振动加速度的敏感波长几乎无影响,但轮对加速度、轮轨力和轨道结构振动加速度的敏感波长随轨道刚度和阻尼的增大而减小。     

高速铁路(京沪、沪宁、沪杭线)轨道不平顺谱分析

利用改进的Welch周期图法计算了京沪、沪杭、沪宁等高速铁路的轨道不平顺功率谱密度,从波长和幅值2个角度分析其轨道不平顺特征,并对成因进行探析;利用相干理论对轨道不平顺与车体振动加速度进行分析,探讨高速线路轨道不平顺引起的车体不利波长。研究结果表明:京沪、沪杭、沪宁高速铁路普遍存在2.8～2.9,6.45～6.5,24～25和32～33m不利波长范围的周期性轨道不平顺;高速铁路高低不平顺对车体垂向加速度影响显著;各高铁线水平和扭曲不平顺对车体垂、横向振动不利波长主要为2.0～3.5m窄带周期性波长。     

曲线轨道不平顺对车辆动力响应影响仿真研究

研究目的:本文旨在通过现场实测和仿真计算研究曲线轨道不平顺对车辆动力特性的影响。首先,利用轨检车实测数据对我国提速线路轨道不平顺与车辆振动加速度之间的关系等进行了统计分析及相关分析,对武九线曲线段的轨道谱也进行了初步估计。其次,采用动力学仿真软件Adams/Rail建立车辆-轨道动力学模型,并以实测数据作为验证手段,分析了轨道不平顺类型、幅值和波长对车辆运行平稳性和安全性的影响,提出了对行车运行有不利影响的不平顺波长范围。研究结论:高低不平顺对列车垂向振动影响显著,轨向不平顺对列车垂向、横向振动均有显著影响,当列车以110 km/h运行时,为了避免列车在不平顺激励下产生共振,应该对2.5 m、3.72 m、20 m和28 m波长的轨道不平顺进行控制。     

基于构架点头角速度的轨道垂向长波不平顺在线检测

在分析比较基于轴箱垂向振动加速度和构架点头角速度的轨道垂向不平顺检测原理的基础上,提出基于构架点头角速度的轨道垂向长波不平顺在线检测方法。在运营车辆轴箱正上方的构架处安装陀螺仪,用于等空间采样构架点头角速度的时域信号;对构架点头角速度的时域信号以及由速度传感器测得的车速时域信号进行二次积分、消除拟合多项式的趋势项、带通滤波及递归最小二乘自适应补偿滤波等数据处理,从而得到轨道垂向长波不平顺的估计值;建立车辆—轨道垂向耦合动力学模型,以实测轨道垂向不平顺激励下的构架角速度模拟陀螺仪采集的时域信号,对给出的在线检测方法进行验证。结果表明:与实测结果相比,标准差小于0.4mm,归一化均方误差小于-8,说明给出的在线检测方法能精确、有效地检测轨道垂向长波不平顺。     

融合轨面短波不平顺的全波段高低不平顺谱表征及影响分析

轨道不平顺谱是表征轨道不平顺幅频特性的有效工具。目前,高速铁路轨道不平顺谱的研究主要聚焦在波长2 m及以上成分,甚少涉及轨面短波不平顺谱。基于大量无砟轨道高速铁路实测数据,研究轨面短波不平顺谱的表达函数及其与中长波轨道不平顺谱衔接的适应性。结果表明：两段幂函数能够很好地表征轨面短波不平顺谱。采用对数坐标系下的5阶多项式拟合全波段高低不平顺谱,实现中长波和短波成分在波长1～2 m范围内的平缓过渡。实测数据表明高速行车条件下,短波高低不平顺对轮轨垂向力及轴箱、构架和车体垂向加速度等指标均存在显著影响,全波段高低不平顺谱的建立对轮轨振动仿真分析、车辆和轨道结构设计以及轨道状态评估具有重要意义。