高速列车二系横向阻尼连续可调式半主动悬挂系统的研究

基于天棚阻尼控制原理的阻尼连续可调式半主动悬挂系统由4套阻尼连续可调式半主动减振器、2个两轴加速度传感度和1套检测、控制及故障诊断系统等组成。利用车辆系统动力学仿真分析软件UM,建立某型高速列车的虚拟样机模型(包括二系横向被动状态和二系横向阻尼连续可调式半主动悬挂状态),分析高速列车二系横向采用阻尼连续可调式半主动悬挂对改善车体横向振动性能的效果,从而确定天棚阻尼系数取150kN·s·m-1比较合适。为了开展阻尼连续可调式半主动悬挂系统样机的台架性能试验,采用软件UM建立了样机的简化试验台架仿真模型。5个试验工况下的台架性能试验结果表明:与被动悬挂相比,半主动悬挂下的车体加速度均方根值改善了19.8%～37.8%,车辆运行平稳性指标改善了8.1%～15.0%,说明高速列车二系横向采用阻尼连续可调式半主动悬挂系统可以实时切断加速车体横向振动的阻尼力和实时提供衰减车体横向振动所需要的阻尼力,从而提高高速列车的横向运行平稳性。     

高速列车开关式横向半主动悬挂系统的理论与实践

阐述了半主动悬挂系统的原理,介绍了基于天棚控制原理的开关式横向半主动悬挂系统的研制过程。利用车辆系统动力学仿真分析软件UM分析了车辆系统采用半主动悬挂改善车体振动性能的结果,确定了半主动悬挂系统的时滞范围和车辆过曲线时车体离心加速度的滤波频率范围。针对样机进行了简化的台架试验。仿真计算和台架试验结果均表明,采用开关式半主动悬挂系统可以有效地维持和断开减振器所提供的阻尼力,从而提高横向运行平稳性指标。     

比例溢流阀式半主动悬挂系统仿真研究

利用建立的比例溢流阀式半主动减振器的数学模型、天棚阻尼半主动控制器模型和车辆系统动力学模型,分析常通节流孔直径和比例溢流阀调压误差对半主动减振器性能的影响.结果表明:采用比例溢流阀式半主动悬挂系统能够有效地减小车体振动,而且车辆运行速度越高改善效果越明显;根据建立的车辆系统动力学模型,对应车辆各速度等级,当天棚阻尼系数取100kN·s·m-1时,车辆运行平稳性指标取得综合最优;常通节流孔直径越大,半主动减振器响应越慢,其等效阻尼越小,半主动减振器阻尼力对控制器期望阻尼力的跟踪能力就越差,在振动频率为1Hz附近车辆的振动能量越大,并且调压误差系数仅对车体的横向高频振动有微小的影响.     

基于加速度阻尼控制的半主动悬挂研究

半主动悬挂是改善铁道车辆振动、提高乘坐舒适度的有效对策。但由于铁道车辆的特殊性和复杂性,车辆动力学系统的精确数学模型很难获得,这限制了现代控制理论在实用化半主动悬挂中的应用;而天棚阻尼控制所需车体的绝对速度很难测量,若采用测得车体加速度积分得到车体绝对速度的方法,其传感器的误差和系统噪声会导致车体绝对速度产生误差,从而影响减振效果。基于上述原因,本文提出加速度阻尼控制方法,即采用与车体加速度成正比的振动衰减力来抑制车体振动,并对加速度阻尼控制方法稳定性进行理论分析和仿真研究。仿真结果证明:与被动悬挂相比,车体振动加速度有效值和最大值在各速度级分别减少了55%~63%和53%~66%,Sperling乘坐指数也得到明显改善;且加速度阻尼控制具有很好的鲁棒性和适应性。可见该方法能有效地提高铁道车辆的平稳性和乘坐舒适性。     

基于开关阻尼控制的铁道客车系统的动力学性能研究

建立具有23个自由度的铁道客车系统非线性数学模型。在客车二系悬挂系统中采用具有开关阻尼控制的横向半主动减振器,并考虑半主动悬挂系统的时滞。分析被动悬挂和具有开关阻尼控制的半主动悬挂客车在直线轨道上的蛇行运动稳定性和随机振动响应。研究半主动减振器的阻尼参数和半主动悬挂系统的时滞对客车系统临界速度和随机响应的影响。计算表明,尽管半主动悬挂使客车系统的临界速度低于被动悬挂,构架的横向加速度和轮轨横向力也要大于被动悬挂,但它能够大大减小车体的横向振动加速度,改善旅客的乘坐舒适性。     

控制时滞对半主动悬挂车辆动力学性能的影响

利用天棚控制原理和SIMPACK动力学软件建立了具有二系横向和垂向半主动悬挂车辆模型,分析在不同速度下时滞10、30ms车体横向和垂向的平稳性性能、1位轮对的轮轨横向力,同时还分析在速度为240km/h时,时滞对车体横向加速度振动幅频特性、前构架和1位轮对横向加速度功率谱密度的影响.分析表明时滞10ms时上述各项指标变化不是很明显,当时滞30ms时许多指标恶化得较为严重,半主动控制失效,说明时滞不能过大.为了突显半主动悬挂的优势,对控制系统时滞进行研究和限制显得尤为必要.     

高速动车组半主动悬挂系统动力学性能仿真分析

介绍了基于天棚控制理论的半主动减振器原理,以CRH380A动车组头车为研究对象,对天棚阻尼系数和时滞对车辆动力学性能的影响进行了仿真分析.结果表明:天棚阻尼系数越大,车体横向减振性能越优,但系统允许的最大时滞减小;天棚阻尼系数的设计要同时考虑横向振动性能和系统时滞的影响.半主动控制模式比被动模式对车体横向振动的改善效果均比较明显,平均改善率超过20％.     

半主动悬挂的横向和垂向阻尼系数对车辆动力学性能的影响

利用天棚控制原理和SIMPACK动力学软件建立了具有二系横向和垂向半主动悬挂车辆模型,分析在不同的半主动悬挂横向和垂向阻尼系数下,车体平稳性指标、构架加速度、轮对冲角和磨耗指数的变化情况,结果表明动力学性能之间存在多处相互矛盾的地方,在选择半主动悬挂横向和垂向阻尼系数时应合理安排,充分协调相互矛盾的动力学性能.     

车下悬吊系统耦合振动的半主动控制研究

为减小车体弹性振动,保护车下悬吊设备,研究了车体和车下悬吊设备的耦合振动关系,优化车辆动力学性能。考虑车体的弹性结构,建立车体与车下悬吊设备的刚柔耦合动力学仿真模型,对比分析了车下悬吊系统在被动控制方案和基于天棚阻尼的半主动控制方案下对车体弹性振动的影响,并分析了合理参数匹配的重要性。此外,以车下设备的质量为例研究了对半主动控制效果的影响。研究结果表明:在合理的参数匹配下,半主动控制方案能够有效降低车体的弹性振动;当车下设备质量较大时,半主动控制方案优于被动控制,且在一定范围内随质量增大减振效果更加明显。     

重载机车横向振动自适应模糊控制技术

针对重载机车横向二系半主动悬挂系统,研究基于加速度反馈的自适应模糊控制技术。根据车体加速度及其变化率的大小,自动修改量化因子和控制规则,使模糊控制器对重载机车运行工况的变化具有自适应的能力。通过MATLAB软件与ADAMS/RAIL软件联合建立了由17个自由度组成的重载机车横向振动动力学模型,并进行仿真研究。仿真结果表明:在重载机车不同运行速度下,与被动控制相比,自适应模糊半主动控制的加速度最大值改善率、加速度有效值减少率和Sperling乘坐指数提高率分别为55%~64%,55%~77%和16%~35%。由此表明,自适应模糊半主动控制能够有效减少车体振动,提高机车的乘坐舒适性和平稳性。     

开关式横向半主动悬挂系统的研制

开关式半主动悬挂系统可以提高高速列车的运行平稳性。文章介绍了开关式横向半主动悬挂系统的研制过程。样机台架试验结果表明,开关式横向半主动悬挂系统可以根据控制指令有效地维持和断开减振器所提供的阻尼力,从而提高旅客的横向乘坐舒适性。     

半主动悬挂机车平稳性和曲线通过动力学性能仿真研究

利用天棚控制原理和SIMPACK动力学软件分别建立二系横向和垂向半主动悬挂机车模型,分析比较了横向、垂向半主动悬挂和被动悬挂的平稳性,以及300 m曲线半径通过时的动力学性能,得出采用半主动悬挂方式可有效地提高机车的平稳性．但同时会使轮对动力学性能恶化。因此有必要对构架结构参数和悬挂系统参数作进一步优化和研究。     

铁道车辆横向半主动悬挂系统仿真

运用ADAMS软件建立车辆动力学模型,进行动力学仿真运算。将由此得到的仿真结果传给MAT LAB软件,由MATLAB软件编写开关控制算法,计算出横向最优阻尼并将其值传给车辆模型。通过改变车辆模型中的横向阻尼值再次进行仿真运算,将运算结果再次传给MATLAB软件。如此相互调用,循环计算,从而找出最佳匹配阻尼值。在DSP硬件平台上编写横向半主动控制算法,使逐步寻优和开关控制相结合,以实现最优阻尼的开关控制。经使用标准信号和实车随机信号对算法进行仿真验证表明,这种控制算法简单可靠,能够实现对车辆横向的半主动控制策略。     

基于MATLAB软件的动车组转向架悬挂系统半主动控制仿真分析

基于CRH2高速动车组转向架悬挂系统结构,对列车垂直、水平两个方向建立动力学模型。利用模糊控制理论,对影响车辆运行平稳性的沉浮、点头、横移、侧滚及摇头等刚体振动进行控制策略分析。根据半主动控制系统的特性要求,提出采用磁流变阻尼替换原有油液阻尼,达到降低车体各个方向的振动加速度从而提升车体稳定性的目的。以中国干线铁路轨道功率谱密度为轨面激励发生基础,联合MATLAB软件中的Simulink模块进行整车性能仿真研究。仿真结果显示,该半主动控制悬挂系统能够较好地抑制两个方向的5种振动模式,对于改善车辆运行平稳性、降低转向架所受冲击力有良好的作用,在设计上可使用半主动控制的磁流变悬挂系统代替传统铁道车辆被动悬挂控制。