具有主动悬挂的高速客车动力学性能研究

以具有二系横向主动控制悬挂装置的高速客车为例，建立了具有３１个自由度的整车数学模型。通过对系统主动悬挂简单数学模型最优控制的研究，给出了其控制规律，并用于高速客车的主动控制悬挂装置。通过对高速客车的运动稳定性、曲线通过性能、随机响应的动力学仿真分析表明，加装该二系横向主动控制装置不仅能提高高速客车的蛇行临界速度，而且能较大地改善高速客车的横向运行平稳性；高速客车曲线通过性能如脱轨系数、轮轨横向力均     

高速列车横向半主动悬挂系统模糊控制

为了抑制由高速车体摇头引起的车体横向振动,构造了高速列车横向半主动悬挂系统模糊控制结构,采用模糊控制策略,以减振器的实际阻尼力和车体、构架的横向振动加速度为反馈输入,对车体前后横向悬挂系统的可调减振器进行双闭环反馈独立控制.以美国六级轨道谱为输入,在列车运行速度为270 km·h-1时,结合表征列车悬挂系统横向振动特征的17自由度动力学模型,对半主动悬挂机车和被动悬挂机车的横向振动、摇头振动进行计算.计算结果表明:采用半主动悬挂的高速车体平稳性改善了12.54%,摇头振动幅值减少了35.00%,横向振动幅值减少了48.45%,在车体固有频率(1～6 Hz)附近,车体横向振动、摇头振动抑制达到50%.可见,该控制结构和控制策略能够明显抑制车体横向振动.     

铁道车辆横向主动悬挂试验研究

建立了铁道车辆１：８比例的半车四自由度横向主动悬挂试验模型,应用ＬＱＲ控制方法进行了主动悬挂与被动悬挂的试验对比研究,并与仿真计算结果进行比较。研究结果表明,主动悬挂方式能有效衰减振动,尤其是共振点处的振动;主动悬挂与被悬挂相比,车体横移振幅在高频共振点附近平均降低８０％左右,在其余频段平均降低约３０％;车体侧滚角振幅在高频共振点附近平均降低６５％左右,在其余频段平均降低约２０％。     

基于频域平稳性的高速机车悬挂参数优化匹配

为合理优化匹配悬挂参数以提升高速机车动力学性能，针对某高速机车，采用虚拟激励法计算频域横向平稳性指标，提出了考虑频域横向平稳性和稳定性多目标性能的关键悬挂参数多参数协同优化方法；分别以2种抗蛇行减振器布置方式和3种轮轨接触状态运行工况为例，验证了该方法对机车横向动力学性能的提升效果. 结果表明:低轮轨接触锥度工况机车一次蛇行稳定性较差，尤其采用抗蛇行减振器斜对称布置方式，机车后司机室横向平稳性显著变差；对于低锥度工况，需以提高机车稳定性为优化目标，而高锥度工况则更需关注其横向平稳性；为兼顾不同轮轨接触条件下机车动力学性能，以提高线路适应性，机车一系纵向刚度、抗蛇行减振器阻尼和二系横向减振器阻尼值在文中给定的优化范围内应尽量选取较小值，建议分别选取12 kN/mm、600 kN·s/m和25 kN·s/m.      

横向减振器对机车平稳性能的影响

基于机车车辆-轨道耦合动力学理论,运用TTISIM(Train/Track Interaction Simulation)仿真软件,以横向减振器为研究对象,以机车运行平稳性指标为依据,系统分析了机车横向减振器的阻尼参数、工作状态、卸荷速度和悬挂位置等参数对于机车平稳性能的影响。仿真计算与分析结果表明:选取适当横向减振器的结构阻尼参数,对提高机车的平稳性有利;采取适当的减振器卸荷速度可以达到提高乘车舒适性的目的;横向减振器是否正常工作对机车的运行品质有较大影响,必须严格确保所有减振器的正常工作;横向减振器的悬挂位置,对于车体的运行平稳性几乎没有影响。     

高速客车转向架悬挂参数分析

为了全面考察转向架悬挂参数对高速客车行车安全性和乘坐舒适性的影响规律,为高速客车转向架悬挂参数的合理选取提供理论依据,首先从时域内分析了一、二系悬挂参数对高速客车动力学性能的影响,然后从频域内分析了二系悬挂参数对车体振动模态的影响.仿真计算与分析结果表明:合理设置一系纵向和横向定位刚度和二系抗蛇行减振器结构阻尼参数即可基本实现转向架较高的临界速度;减小二系横向刚度而适当增大二系横向阻尼可提高高速客车的横向平稳性;为了改善高速客车的垂向平稳性,一、二系垂向减振器阻尼都不宜选取过大.     

高速客车转向架悬挂参数分析

为了全面考察转向架悬挂参数对高速客车行车安全性和乘坐舒适性的影响规律,为高速客车转向架悬挂参数的合理选取提供理论依据,首先从时域内分析了一、二系悬挂参数对高速客车动力学性能的影响,然后从频域内分析了二系悬挂参数对车体振动模态的影响.仿真计算与分析结果表明:合理设置一系纵向和横向定位刚度和二系抗蛇行减振器结构阻尼参数即可基本实现转向架较高的临界速度;减小二系横向刚度而适当增大二系横向阻尼可提高高速客车的横向平稳性;为了改善高速客车的垂向平稳性,一、二系垂向减振器阻尼都不宜选取过大.     

铁路车辆比例仿真模型的设计和分析

介绍了铁路车辆比你仿真模型的结构、各种相关参数的选择以及实验轨道形状的确定，建立了该系统的数学模型并对系统的稳定性进行了分析。针对地在没有任何约束时所显示的不稳定运动，着重提出了用于稳定该模型轮对运动的十字链被动悬挂策略与３种主动悬挂策略及其特点，特别强调了主动悬挂最优控制策略的状态控制器及状态观测器的设计方法。     

2B0架悬式动力车运行平稳性和蛇行稳定性

对动力车进行了详细的动力学计算和分析。分析结果表明：动力车的簧间质量对横向平稳性影响较大，设置合理的二系横向止挡间隙十分重要，二系横向减振器阻尼对平稳性的影响与二系横向刚度有关，抗蛇行减振器应用二系横向减振器合理匹配，才能获得较好的横向稳定性。     

基于UM的CRH2型车动力学建模及平稳性分析

基于多体动力学软件UM建立了CRH2型车的多体动力学模型,分析了不同工况下车辆运行的平稳性,研究了悬挂参数对平稳性的影响.仿真分析表明:车辆平稳性指标随着运行速度增大而增大;减小空气弹簧水平刚度可改善横向平稳性,适当降低一、二系垂向刚度和二系垂向阻尼有利于提高垂向平稳性.     

铁道车辆自供能量横向主动悬挂系统

为了减少车辆主动悬挂对外部能源的消耗,设计了自供能量主动悬挂系统,建立了车辆半车简化横向悬挂动力学模型,设计了LQG控制器,并利用随机振动理论分析了系统能量平衡存在的条件,采用Matlab/Simulink对系统的运行效果进行了仿真。仿真分析结果表明:自供能量主动悬挂系统比半主动和被动悬挂拥有更好的隔振效果,且当直流电机作动器的等效阻尼系数大于规定值时,系统在实现主动减振控制的同时还能够反馈能量。     

基于路面识别的主动馈能悬架多目标控制与优化

针对主动悬架减振性能和馈能特性在不同等级路面适应性较差的问题,建立了非线性电磁主动悬架模型; 考虑车辆在行驶过程中悬架簧上质量存在不确定性,提出了一种主动悬架自适应滑模控制器; 基于不同路面下悬架动力学响应数据,采用自适应模糊神经网络算法识别路面等级,确定控制器目标系数,实现了主动悬架安全性和舒适性之间的协调; 研究了电磁主动悬架馈能特性及其切换控制策略,在此基础上,考虑电磁主动悬架安全性、舒适性和节能性的矛盾关系,采用多目标粒子群优化(MOPSO),以悬架动力学性能和馈能特性为设计目标综合优化控制器和悬架结构参数,并通过模糊集理论对多目标优化后的Pareto解集进行最优解选取。研究结果表明:模糊神经网络对不同等级路面下非线性电磁主动悬架的最大识别误差能够控制在10%以内,满足识别准确性要求; 在C级路面条件下,优化后的主动悬架与传统被动悬架相比,簧上质量振动加速度减小了35.3%,轮胎动行程增大了7.7%,但可以控制在10%的安全范围内; 与原主动悬架相比,优化后悬架簧上质量振动加速度减小了10.5%,馈能效率增大了1.7%,优化后自适应滑模控制器能够更好地协调悬架馈能特性和减振特性; 建立的非线性电磁主动悬架模型可实现不同路面等级下悬架系统安全性、舒适性和节能性的综合最优。      

悬架馈能作动器力学特性测试及非线性主动控制器设计

为提高车辆的乘坐舒适性并兼具回收振动能量的功能，对试制PMSM-滚珠丝杠式馈能作动器进行了力学特性测试，对库仑阻尼和作动器等效惯性质量进行识别，根据识别结果设计了馈能型主动悬架非线性控制器；结合电磁动力学建模、电气参数校核，采用分级变压充电试验方法对作动器样机进行三角波及正弦波位移输入下的力学特性测试，利用参数拟合使建模仿真力学特性曲线逼近实测曲线，完成库仑阻尼识别和等效惯性质量验证；对含有库仑阻尼及作动器等效惯性质量的主动悬架力学模型中的非线性项进行前馈反馈线性化处理，并对簧载质量/非簧载质量加速度项正则化处理，在此基础上根据作动器最大输出力设计了双约束H₂/H_∞控制器；利用数值仿真对被动悬架、理想主动悬架、常规H₂/H_∞控制主动悬架和双约束H₂/H_∞控制主动悬架进行悬架综合性能对比验证及馈能性能分析。分析结果表明:双约束H₂/H_∞控制主动悬架的簧载质量加速度均方根和综合性能指标较被动悬架分别降低47.05%和51.67%，仅比理想主动悬架分别差1.86%和1.34%，且比常规H₂/H_∞控制主动悬架分别优19.28%和11.21%；库仑阻尼和电机定子电阻分别消耗掉了作动器总吸收功率的18.99%和20.19%，相比之下，流向蓄电池的回收平均功率高达60.82%。      

横风下高速列车动力学参数的多目标优化

为改善高速列车横风下运行的动力学性能, 提高运行平稳性和安全性, 以轮轴横向力和轮重减载率为优化目标, 对高速列车动力学模型的悬挂参数进行多目标优化设计; 建立高速列车多体动力学参数化模型, 依照大风限速标准, 加载列车在横风下以不同速度运行的气动力数据, 选取了止挡间隙、一系悬挂纵向和垂向刚度、二系悬挂纵向和垂向刚度、一系垂向减振器刚度、二系横向和垂向减振器刚度、抗蛇形减振器刚度及阻尼11个变量; 搭建高速列车动力学模型优化平台, 对高速列车多体动力学参数化模型的设计参数与轮轴横向力和轮重减载率的相关性进行分析, 得到列车各悬挂参数对轮轴横向力和轮重减载率的影响趋势; 基于相关性结果, 采用NCGA、AMGA和NSGA-Ⅱ遗传算法对高速列车的动力学参数进行优化设计。分析结果表明: 采用NSGA-Ⅱ算法的优化结果最为理想; 与轮轴横向力和轮重减载率相关性最大的参数为抗蛇形减振器刚度, 为反效应; 优化后列车的动力学性能得到明显的改善, 轮重减载率从原始的0.78整体优化到0.63以下, 且最小可以优化到0.49, 最高可降低37.2%;轮轴横向力从原始的16.8 kN整体优化到9.6 kN以下, 且最小可以优化到5.79 kN, 最高可降低65.5%;得到了优化目标的Pareto前沿最优解, 确定了列车各动力学参数设计变量的最优解集, 并对最优解集在其他列车速度和风速组合下的运行工况进行验证, 适用性较好。      

车下弹性吊挂设备悬挂刚度选取方法

以车体低阶弹性振动、刚体振动和设备有源振动为输入, 提出了一种能够快速、简便确定弹性设备悬挂刚度的方法;在充分考虑吊挂设备各个方向上可能出现耦合振动、设备安装间隙、允许最大振动位移等因素的前提下, 推导了任意悬挂方式吊挂设备的刚体振动频率计算公式;给出了车下弹性吊挂设备悬挂刚度的选取方法与分析流程;以某动车组为例, 建立了车体与动力包的耦合振动分析模型, 计算得到了动力包的点头、摇头、浮沉、侧滚等刚体振动频率和三向悬挂刚度的取值范围, 并对比了动力包悬挂刚度理论计算结果与有限元结果。研究结果表明:在已知车体或吊挂设备基本参数的前提下, 采用提出的方法无需通过复杂的动力学建模分析即可计算出其点头、摇头、浮沉、侧滚等刚体振动频率, 与有限元计算结果相比, 刚体振动频率的最大相对误差为6.88%;计算所得动力包刚体振动频率与车体对应振动频率的比值均有效避开了耦合区间[0.750, 1.414], 因此, 采用提出的方法可快速、准确地确定吊挂设备的刚度范围, 从而避免设备与车体之间的共振。