铁道车辆主动、半主动空气弹簧悬挂系统的研究

主要研究具有空气弹簧悬挂系统转向架的铁道车辆，提出采用主动、半主动悬挂策略来改善车辆的垂直运行平稳性，并由此提出随机最优控制，阀控主动控制和半主动悬挂等三种不同悬挂控制策略。在最优控制和阀控主动控制策略中，空气弹簧既被用作二系悬挂元件，又被用作控制执行元件。在半主动悬挂策略中，连接空气弹簧和附加空气室的节流孔直径将按照控制规律来调节。理论及参数研究表明；这些控制方式是有效的，最后给出了阀控悬挂的实验结果。     

车辆主动悬挂的H∞最优控制

概述Ｈ∞最优控制的基本理论之后，介绍了国外学者利用Ｈ∞最优控制原理设计车辆（包括磁悬浮列车）主动悬挂的控制系统的研究情况。他们的研究结果表明，车辆主动悬挂的Ｈ∞最优控制方法的性能优于ＬＱＧ设计方法。     

铁道车辆动力学与控制问题的研究

采用传统悬挂方式的铁道车辆，为同时满足运行稳定性与曲线通过性能要求，在结构设计和悬挂参数的选择时，不得不进行折衷，随着铁道车辆向高速发展，要全面改善车辆的动力学性能，传统悬挂方式的潜力已接近极限，需要采用主动悬挂，本文论述了主动悬挂在铁道车辆中的应用现状，研究方法和存在的问题，并介绍了一研究领域的最新发展方向，即多体动力学与控制理论相结合的，面向系统分析与设计并行的软件思想。     

基于最优控制的半主动悬挂机车平稳性能研究

现有的半主动悬挂控制策略本身存在一定的弊端,即在有效改善车体平稳性的同时,转向架和轮对的动力学性能变差,为此采用最优控制的方法,综合考虑其性能指标,对车辆悬挂系统的半主动控制策略进行了改进研究,同时利用动力学仿真软件Simpack建立一个2C0机车控制模型,并对改进后的控制策略进行了动力学性能仿真分析.仿真结果表明,基于最优控制改进的半主动悬挂控制策略,在提高车辆平稳性的同时,转向架构架和轮对的动力学性能基本上保持不变,从而使整车性能多指标综合达到最优.     

采用主动悬挂技术是改善机车横向动力学性能的有效途径之一

主动控制振动技术在机车车辆中的应用研究具有重要的理论意义和实用价值.本论文对主动控制技术做了系统的研究,并把这一技术应用于改善铁道机车车辆的横向振动性能.用ADAMS/RAIL软件建立了机车仿真模型和全主动悬挂动力学方程,推导出系统的状态方程.采用线性二次型最优控制方法,用MATLAB软件编写程序并计算出最优反馈矩阵.将MATLAB软件与ADAMS/RAIL软件相结合进行仿真计算.通过对仿真计算结果的分析和研究,提出了全主动悬挂技术可以有效地改善机车车辆横向动力学性能的观点.本文还对半主动悬挂进行了仿真计算,研究表明半主动悬挂也可以比较有效地改善机车车辆横向动力学性能,但是比全主动悬挂的效果差一些,而由于半主动悬挂的结构简单,成本和维护费用较低,在机车车辆主动控制振动技术的应用研究中也应当给予一定的重视.     

铁道车辆空气弹簧系统最优控制策略及方法研究

铁道机车车辆动力学性能的运行稳定性、平稳性和曲线通过性能是由机车车辆悬挂系统参数和轨道系统参数所决定的。改善机车车辆的运行品质有两条途径:一是提高线路等级;二是合理设计机车车辆的悬挂参数。对新修线路来说,提高线路等级会使造价增加,对于大部分既有线路来说,轨道参数是一定的,要保证机车车辆的运行品质,在很大程度上取决于机车车辆悬挂系统参数的优化选择。半主动控制是近年来机车车辆研究领域发展起来的一门新技术。本文首先介绍了最优控制的基本原理,然后运用半主动控制技术对空气弹簧进行分析,提出了一套以调节空气弹簧阻尼为目的的最优控制方案,并且运用计算机软件SIMULINK对半主动控制空气弹簧悬挂系统进行了计算机仿真。研究结果表明,运用半主动控制技术可以得到更佳的空气弹簧悬挂参数,进而提高车辆的运行平稳性。     

主动悬挂高速客车动力学性能研究

以二系横向主动控制悬挂装置的高速客车为例，建立具有３１个自由度的整车数学模型，通过对数学模型控制规律的研究。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、随机响应和运行平稳性的动力学仿真分析表明，加装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，而且同时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最大脱轨系数，轮轨横向力均有降     

铁道车辆横向主动悬挂的H∞控制

研究铁道车辆横向主动悬挂采用H∞控制方案的振动控制效果。建立考虑车体横移、摇头、侧滚以及转向架横移的铁道车辆横向主动悬挂的控制模型。以该模型为基础,利用MATLAB软件设计铁道车辆横向主动悬挂的H∞控制器。为了验证设计得到的H∞控制器的控制效果,采用ADAMS/Rail多体动力学软件建立整车模型,与MATLAB软件进行联合仿真,比较被动悬挂、Skyhook主动悬挂、H∞主动悬挂3种情况下的仿真结果。结果表明,车辆横向主动悬挂采用H∞控制器后振动控制效果明显,有很强的鲁棒性,可以将车体横向加速度的低频部分减小2倍以上,且不会增加车体横向加速度的高频部分。     

铁道车辆主动减振控制系统的开发

建立了铁道车辆１：８比例的半车横向主动悬挂试验模型，开发了铁道车辆主动悬挂模型试验控制系统，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了比较。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。     

基于LQR的半主动悬挂机车车辆控制策略的研究

指出现有的天棚阻尼半主动悬挂控制策略应用于铁道机车车辆领域中，在有效改善车体平稳性的同时，转向架和轮对的动力学性能变差。针对此现状，本文建立了铁道机车车辆1／4车体、二自由度的横向半主动悬挂模型，基于线性二次型最优控制器原理，综合考虑其性能指标，对车辆悬挂系统的半主动控制策略进行了改进研究，同时对改进后的控制策略的控制效果进行了仿真。仿真结果表明，经过改进后的半主动悬挂控制策略，在提高车辆平稳性的同时，转向架构架和轮对的动力学性能基本上保持不变，从而改善了整车的动力学性能。     

我国高速列车横向半主动悬挂系统控制策略及控制方式

列车横向悬挂系统可分为被动悬挂和主动悬挂两种形式，半主动悬挂是主动悬挂的一种形式。传统的被动悬挂系统的参数无法在车辆运行的过程中实施调节，难以适应列车在高速运行时对平衡性的需求。为改善我国铁路提速后提速机车与动力车普遍存在的横向平衡性性能不佳的问题，二系横向悬挂系统采用主动悬挂方式势在必行，通过对主动悬挂系统中全主动悬挂，低频主动悬挂和半主动悬挂的特点分析，认为半主动悬挂以其能耗低，控制简单和失效导向安全性良好等优势，应是我国目前高速列车二系悬挂系统的最佳形式，在此基础上，对我国列车应采用的横向半主动悬挂控制策略和悬挂系统天棚减振控制原理作了阐述，进一步给出了半主动悬挂系统的实施方案及横向半主动天棚（shyhook)减振器的工作原理，指出针对半主动悬挂系统的车辆模型，控制方法，减振器结构和信号检测与分析等问题需进行重要研究。     

基于车辆动态曲线通过性能的主要悬挂参数优化

分析了悬挂参数的选取对车辆动态曲线通过性能的影响,并利用相关的动力学软件进行了仿真计算分析,得出各悬挂参数对动态曲线通过性能的影响规律.基于第二代非劣排序多目标遗传算法,采用自编的优化软件和动力学分析软件实现联合仿真对车辆悬挂参数进行优化设计.该方法实现了多目标优化,显著提高了设计效率.结果表明,优化后的悬挂参数明显改善了车辆的动态曲线通过性能.     

H∞与μ鲁棒控制方法在车辆主动悬挂中的应用

在概述Ｈ∞与μ鲁棒控制的基本理论之后，着重介绍了国外学者应用Ｈ∞方法于车辆（包括磁悬浮列车）主动悬挂的鲁棒控制系统的研究情况。他们的研究结果表明：Ｈ∞优于ＬＱＧ方法，是车辆主动悬挂控制的有效方法。应用Ｈ∞和μ方法于铁路车辆主动悬挂控制，是一个具有理论意义与工程价值的研究课题。     

带非线性轴箱悬挂的城轨车辆动力学性能研究

以某种C型轻轨车辆为研究对象,在其基础上提出了转向架新型悬挂方式:一系采用一种连杆摩擦副机构,二系悬挂采用沙漏橡胶弹簧.对该转向架新型悬挂方式的结构和性能进行了分析,建立了非线性车辆动力学模型并进行了仿真.通过对转向架原悬挂方案和新方案在各种工况下的运行情况和动力学性能进行对比研究表明:新方案较好地改善了车辆动力学性能...     

中国标准地铁列车时速80公里B型车关键悬挂参数研究

根据中国标准地铁列车时速80 km B型车的设计要求和相关标准建立车辆动力学模型，基于车辆系统模态特性与运行速度、悬挂参数的相关性，利用傅里叶幅值扩展法对不同变量因子的灵敏度进行分析。依据动力学指标建立优化设计模型，对一系悬挂参数和二系悬挂参数进行优化组合，利用优化后的悬挂参数对车辆在不同工况下的动力学性能进行评估，并结合“车辆-轨道”耦合动力学模型，简要分析了车体和转向架模态对车辆平稳性和振动的影响。计算结果表明，基于优化后的悬挂参数，中国标准地铁列车时速80 km B型车的各项动力学性能满足标准和设计要求，车体和转向架的耦合性较弱，车辆系统有一定的安全裕量。     

半主动悬挂系统动力学性能仿真分析

以配装SW—200型转向架的动力学试验车为研究对象,对二系横向阻尼采用天棚半主动悬挂和开关半主动悬挂2种控制模式下的车辆动力学性能进行仿真计算分析。结果表明:半主动悬挂控制模式下的车辆蛇行失稳临界速度比采用被动悬挂控制模式时虽有所下降,但仍能满足运用要求。与被动悬挂控制模式相比,在直线上运行时,天棚半主动悬挂和开关半主动悬挂控制模式下的车体横向平稳性指标分别改善13%～18%和8%～16%,而且车辆运行速度越高,半主动悬挂控制模式对车体振动的控制效果越好;在曲线上运行时,半主动悬挂模式对车体横向振动仍有良好的控制作用;与开关半主动模式相比,系统时滞对天棚半主动悬挂模式控制车体振动的效果影响较大。     

基于状态空间法的受电弓主动控制的研究

建立线性化的受电弓模型和接触网的有限元模型、以及它们的耦合系统动力学模型,分析接触网的刚度变化,利用最优控制理论对主动控制式受电弓进行了理论上的研究。根据高速铁路对受电弓和接触网动力学性能的要求,从降低接触压力的波动以改善受流质量着手,针对弓网关系的特点,建立了受电弓主动控制系统模型,采用全状态反馈设计并利用线性二次型最优控制策略设计了受电弓主动控制的控制器,并求得了控制器参数。对控制系统进行仿真验证和研究。结果表明,采用主动控制式受电弓,能够降低接触压力的波动,提高弓网系统的动态性能,改善受流质量。     

车辆横向主动悬挂试验对比研究

建立了铁道车辆１：８的半车４自由度横向主动悬挂试验模型，应用ＬＱＧ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；主动悬挂与被动悬挂相比，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％。当车体质量大于控制     

驱动装置弹性悬挂对车辆动力学性能的影响分析

车下大质量单元的悬挂方式对车辆的动力学性能有着很大的影响,本文从轮轨间横向动作用力、驱动装置工作环境以及车辆曲线通过性能等几个方面分析了驱动装置横向弹性悬挂对于车辆动力学的影响,研究结果显示,驱动装置弹性横向悬挂可以显著降低轮轨间横向作用力,同样显著降低了驱动装置横向加速度,由此改善了驱动装置的工作状态。     

悬挂式单轨车辆的倒T形辙叉道岔通过性能

[目的]悬挂式单轨交通系统具有良好的发展前景,对于其车辆过道岔的动力学性能研究目前较少,需对此进行研究。[方法]采用UM(多体动力学)软件建立车辆动力学模型,以车体最大振动加速度、走行轮最大垂向力、导向轮及稳定轮最大垂向力、车体及悬吊梁最大侧滚角为主要评价指标,针对应用于悬挂式单轨交通系统的倒T形辙叉道岔,进行悬挂式单轨车辆道岔通过性能研究。[结果及结论]倒T形辙叉道岔结构的导向轨面不平顺较大,悬挂式单轨车辆在通过曲线道岔时,很难保证导向轮的导向力不超过安全限值。针对此问题提出了一种导向轨面补偿装置。应用此导向轨面补偿装置后,悬挂式单轨车辆可以以15 km/h的速度安全通过半径为50 m的倒T形辙叉道岔,动力学性能有明显改善。