有源控制的试验研究

建立了铁道车辆1：8比例的半车4自由度横向有源悬挂试验模型，应用LQR控制方法进行了有源悬挂试验研究，并与仿真计算结果进行比较。研究结果表明，有源悬挂方式能有效地衰减振动，尤其是共振点处的振动；有源悬挂与无源悬挂要比，车体横移振幅在高频共振点附近平均降低75%左右；车体侧滚角振幅在高频共振点附近平均降低80%左右；当车体质量大于控制器设计质量时，控制效果比原设计质量的控制器要好，反之要差。     

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。     

超导磁浮车的μ鲁棒控制研究

用μ控制方法对超导磁浮车二次悬挂系统进行了鲁棒控制策略的研究，并对控制器进行了综合和系统的仿真。仿真结果表明，μ控制能有效地控制车体共振点附近的振动，在参数存在摄动的情况下，μ控制比H∞控制具有更好的性能鲁棒性。     

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。     

整备状态下的轨道交通车辆车体模态计算分析

推导了多自由度刚体振动系统振动频率和特征向量的解析方法,研究了轨道交通车辆车体设备悬挂方式及其垂向悬挂刚度与车体系统振动频率和车体各阶振幅之间的关系。以某轨道交通车辆车体模态分析为例,对车体模态分析过程中悬挂设备的模拟方法、车体内装和设备的刚度,以及乘客质量对车体一阶垂弯和扭转频率的影响进行了深入分析和试验对比。研究结果表明,设备悬挂方式和悬挂刚度的选择对车体频率有非常显著的影响;与试验相比,考虑设备悬挂刚度、内装和设备自身刚度时对车体主要振动模态有显著提升,应在车体结构设计时予以注意;乘客质量对车体主要振动模态频率几乎没有影响。     

铁道车辆用减振控制系统的开发

介绍与二系悬挂空气弹簧，油压减振器并列设置空压式调节器的减振控制系统，并介绍该系统的试验台试验与现车试验，结果表明：车体横向振动加速度１／２以下，对车体振动的自振频率附近的振动也具有较大控制效果。     

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。     

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。     

基于FE-SEA混合法的车内结构噪声预测分析

为分析预测高速列车车内结构噪声,本文基于声固耦合理论,结合有限元法(FE)、统计能量分析法(SEA)的优点,采用FE-SEA混合法建立车体-车内声腔耦合车内结构噪声预测模型,分析在垂向二系悬挂力作用下车体结构振动响应、0~500Hz频段车内结构噪声及车体各组成部分对车内结构噪声的贡献度。分析结果表明:混合FE-SEA模型能够准确预测车体结构振动及车内结构噪声,具有较高的计算效率;在垂向二系悬挂力作用下,车内各部位噪声值相差较小,其变化趋势与二系悬挂力变化趋势一致;车体振动在低频段较明显,车体底板振动加速度、速度最大,对车内结构噪声的影响最大,可通过对底板采取减振措施降低车内结构噪声。     

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。     

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。     

铁道车辆垂向主动悬挂的预见控制

以4轴客车为研究对象,建立4轴客车车辆的6自由度垂向主动悬挂的动力学模型。主动悬挂的常规控制策略往往对系统本身因素所引起的响应滞后问题表现出无所适从,因此,借助测定的未来目标信号或外扰,对主动悬挂设计一个预见控制器来抑制车辆系统的垂向振动。研究结果表明,采用预见控制策略使车体的垂向振动加速度响应幅值降低60%,转向架的垂向振动加速度响应幅值降低30%左右,同时系统可按设定目标值预见步数为20提前作出响应。     

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。     

车下悬吊设备不均衡振动对车体振动的影响

在高速动车组的线路测试中发现,车下旋转设备的不均衡振动是造成其上方车体地板局部异常振动的主要原因。为研究车下旋转设备与车体耦合振动关系,推导出车下悬吊设备不均衡振动与弹性车体垂向耦合振动的运动方程,描述车体弹性振动与有源旋转设备的位移特性。建立三维车辆刚柔耦合动力学仿真模型,分析车下悬吊设备不均衡振动对车体振动的影响。研究结果表明,有源设备采用弹性和刚性悬挂方式差异明显,弹性悬挂方式的优势随着不均衡振动的加剧逐渐突出;旋转设备不均衡量的增大加剧了车体局部振动,而且会扩大车体异常振动范围。对于本文提出的两种车体减振措施,分析结果表明,合理的悬挂参数可以降低车体的弹性振动,减振措施便于实施,但是实际减振效果受到橡胶弹簧制造技术限制;采用多级悬挂参数可以有效降低车体弹性振动,但是系统结构更加复杂,每级系统的悬挂参数均需要合理设计。     

运用频响函数分析机车车辆二系悬挂的减振性能

提出了频率响应函数估计的试验研究方法,并以构架振动为输入、车体响应为输出来研究车辆的二系悬挂减振性能。分析表明,SW—160型转向架的二系悬挂在0.5Hz和1.7Hz附近有较高的横向传递率,而209HS型转向架在1.8Hz附近的垂向传递率比SW—160型转向架高。运用SPAMP方法找到了SW—160型转向架横向传递率较高的原因,据此调整了二系悬挂,重新进行了在线测试和试验分析。构架至车体响应的频响函数估计表明,调整二系悬挂后,SW—160型转向架在0.5Hz和1.7Hz处的横向传递得到了有效的控制,横向减振性能显著提高。     

运用频响函数分析车辆二系悬挂的减振性能

提出了以构架振动为输入、车体响应为输出的频率响应函数估计的试验研究方法，并运用该方法来对比分析和研究车辆二系悬挂的减振性能。运用该方法，对装用SW160转向架和209HS转向架车辆进行了在线运行测试，并对其二系悬挂减振性能进行了对比分析。分析表明，SW160转向架的二系悬挂在0．5Hz和1．7Hz附近有较高的横向位移传递率，而209HS转向架在垂向的1．8Hz附近的位移传递率比SW160要高。运用SPAMP方法找到了导致SW160转向架横向传递率较高的原因后，更换了二系悬挂元件，重新进行了在线测试和试验分析。构架至车体响应的频响函数估计表明，更换二系悬挂元件后，SW160转向架在0．5Hz和1．7Hz处的横向位移传递率峰值得到了有效的控制，表明该转向架的横向减振性能得到了显著提高。     

高速动车组用换气装置振动特性分析

换气装置作为悬挂在车下用于对车体内通风换气的重要辅助设备,其本体性能对整车的振动特性影响较大,为研究换气装置本体振动性能,对换气装置本体进行了结构特性分析,进行了换气装置在高频运行工况下的振动响应测试,掌握了换气装置在正常工作状态的振动响应特性。通过分析,仿真与试验拟合较好。     

乘客数量对垂向减振系统减振效果的影响

<正>为降低客车车体一阶弯曲振动,日本铁道综合技术研究所开发了车体减振系统,这是由一系弹簧悬挂装置的减振控制研究人员利用新干线电动车,经运行试验,确认了该系统有良好的减振效果。不过这些试验都是在空车状态下进行的。通常,随着乘客数量的不同,车体的弹性振动特性会发生改变,这与单纯地装载重物(如铁块)的情况不同。因此,由于乘客数量导致的车体振动特性的变化,有可能对这种减振系统的减振效果造成影响。基于这个因     

基于空簧悬挂特性的高铁车辆垂向振动舒适性对比研究

在对车辆振动舒适性进行型式试验和仿真分析的基础上,以拖车为对象,研究空簧悬挂对车辆垂向振动舒适性和地板振动的影响.对车辆的多体系统仿真结果表明:采用德系空簧时车辆的垂向振动舒适性较使用日系空簧时提高了约10％;而在德系空簧辅以二系垂向减振器的组合悬挂下,车辆的垂向振动舒适性介于使用德系空簧与日系空簧之间.对车辆的刚柔耦合仿真表明:当车辆以不低于300km· h-1的速度在直线和7000m半径曲线线路运行时,地板前端的高频垂向振动主要为转向架上方的局部模态振动,而且随着速度的降低,其振动能量逐步减小或消失;车体地板中部的振动是以1阶和2阶垂向弯曲模态振动为主的中频振动,并且与二系悬挂形式关系不大;当车辆以低于300km·h-1的速度在直线和7000m半径曲线线路运行时,地板前端的垂向振动主要是低频振动,并且与二系悬挂方式有较强的相关性;增设二系垂向减振器后,虽然可以弥补德系空簧低频性能的不足,但有可能因高频阻抗过大而造成1阶垂向弯曲模态振动的增强.     

车辆—无砟轨道—路基系统振动特性研究

结合轨道动力学发展现状,建立了具有弹性车体的车辆—轨道—路基系统,对结构振型、固有频率、各子结构振动频带分布及其间耦合关系进行了研究。分析表明:车辆—轨道—路基系统子结构参振频段具有较明显的规律;车轮振动主要集中在30~70 Hz频段,钢轨振动频带分布较宽,轮轨耦合主要集中在中低频段,较高频段耦合较弱;低频段道床板、支撑层及路基表层振动规律及幅值相近,较高频段三者振幅相差较大,整个研究频段表现为道床板受频率变化影响最为敏感。