基于相对坐标系的受电弓多刚体动力学模型及其验证

采用相对坐标系,应用R/W方程建立受电弓框架的多刚体模型,推导出其运动微分方程和约束方程。基于拉格朗日乘子法和约束违约稳定原则,采用四阶龙格库塔法求解此运动微分方程。对受电弓静态(受重力作用)与动态(受简单正弦激扰)进行数值仿真,获得转角(矩)结果,与多体动力学软件Recurdyn比较相差甚微,最大误差1.14%,验证了此模型的正确性。     

车辆动力学的多体有限元方法

本文提出一种新的车辆动力学数值仿真方法－多体有限元方法，由Ｈａｍｉｌｔｏｎ变分原理建立多连续体动力学系统的能量泛函，用Ｈｉｌｂｅｒ逐步时间积分格式求解运动方程，讨论了多体有限元方法中处理边界耦合作用的拓朴分析、微分几何分析和数学规划的Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ乘子法。车辆动力学的多体有限元方法有良好的实用价值，也适用于其他工程领域。     

车辆系统动力学的符号化多体方法

通过不同角度对多体动力学方法以及在铁道车辆系统动力学中的应用进行分析比较，提出一种新的符号式建模方法，它克服了传统数字建模方法的不足，兼容大位移和小位移系统，只需建立一套非线线约束库，程式化强，最后，以铁道车辆轮对弹性定位的转向架为例，说明了它在蛇行运动稳定性分析中的应用。     

基于初态激扰法的铁道车辆蛇行运动不稳定极限环求解

针对铁道车辆蛇行运动分岔图中不稳定极限环通过整车动力学仿真求解困难的问题，提出直接积分求解不稳定极限环的方法——初态激扰法。该方法利用多体系统动力学软件Simpack建立高速列车动力学模型，采用Matlab软件对拟周期解进行动态加权调整后作为车辆系统主要部件的初始状态，在光滑轨道上时域积分获取刚体运动状态，在轮对横移幅值随运行速度变化的分岔图中绘制不稳定极限环及平衡点和稳定极限环，从而得到完整的车辆蛇行运动分岔图。以某高速列车为例，基于初态激扰法求解不同轮轨接触工况和抗蛇行减振器故障工况下蛇行运动分岔曲线。结果表明：新轮和磨耗轮工况的车辆蛇行运动分别对应Hopf亚临界分岔和超临界分岔行为，且磨耗轮工况下蛇行运动由亚临界分岔变为超临界分岔；不改变抗蛇行减振器阻尼仅减小卸荷力，对车辆Hopf分岔临界速度没有影响，但会降低车辆LPC (Limit Point Bifurcation of Circles)分岔临界速度并减小不稳定极限环的幅值，从而降低车辆横向稳定性。     

可倾式车辆的动态曲线通过与控制

本文研究了可倾式车辆曲线通过时的动态特性和车体态控制问题，在轨道动座标系下，采用绝对座标多体动力学方法，列写动力学方程，求解逆动力学问题得到开环控制方式驱动器的输出控制力和位移，对车辆进入曲线时的倾斜滞后，提出了修正方案，并计算出最大允许滞后时间，通过对倾摆控制失效，滞后Ｉｓ和滞后修正３种工况的仿真计算，得到车辆未平衡离心加速度、轮重减载率，倾覆系数，吊杆力等一些定性和定量的结果，为新型高速车辆的     

车辆随机振动的协方差分析方法

随着车辆行驶速度的提高，旅客舒适度和行车安全性受到损害。为了有效分析这一问题，在车辆动力学的基础上引入激励成型滤波器和感觉成型滤波器，将“路－车－人”三者耦合成为一个整体动力学系统，建立完整的理论计算模型，对轨道不平顺，线性及非线性车辆模型及振动对人作用产生的感觉进行综合分析。轨道几何不平顺为平稳的正态分布和各态历经的随机变量。用多刚体系统动力学推导车辆系统运动方程。以协方差分析法在时域进行理论建模分析。引入感觉成型滤波器产生输出信号以评这振动对人体反应程度。通过求解里雅普诺夫方程直接得出有关重要参数的方差值。因为是求解线性代表方程组，计算速度快，免去频率分析法需要对谱密度函数进行积分的困难，适用于非线性及时变系统的分析，适于应用现代控制理论进行车辆系统动态特性（包括舒适度及安全性）的控制，对多输入和多输出实定量分析与综合性能控制，可有效分析高速车辆动力学特性。     

速度400 km/h轮对初始旋转惯性对滚动接触有限元模型的影响

基于显式动力学有限元方法所建立的三维轮轨滚动接触模型是研究高速铁路轮轨相互作用的有效工具。该模型既考虑轮轨的真实几何形状(包括不平顺)和材料非线性，又详细考虑轮轨间的几何接触关系和轮轨系统的纵向动力学性能，得到广泛的应用。在具体实现模型仿真时，采用隐式-显式相结合的办法。传统的做法是，隐式计算时不考虑车轮的旋转，只考虑重力作用下的静态位移场，然后将得到的静态结果作为显式计算的初始条件，同时对车轮施加前进速度和转动角速度以及转矩等条件，求解轮轨的相互作用。大量文献表明，用这种做法来启动显式动力学求解，会产生剧烈的初始瞬态响应，导致求解时间过长，甚至不收敛，尤其在速度高达400 km/h时。基于此，对上述模型进行了改进，在进行隐式计算时，首先考虑车轮的旋转，得到车轮在离心力作用下的位移，在此基础上再考虑车轮受重力作用与钢轨发生接触，得到接触斑、法向接触应力以及车轮的应力应变等，然后将更新后的结果作为显式计算的初始条件进行显式动力学求解。算例表明：改进后的模型可大大减小初始瞬态响应，减少有限元节点和网格数，从而加快计算的收敛过程，提高计算效率；轮轨力频谱存在无衰减频带，在该频带内轮轨力随着模...     

形式化方法应用于计算机联锁软件的安全验证研究

铁路信号系统中的联锁系统对安全性要求极高，仅通过普通的功能测试无法保障其安全性。采用形式化验证的方式可以验证联锁系统的应用逻辑与安全需求的一致性。将通用安全需求结合具体的站场图进行实例化，得到具体的安全需求后输入带归纳功能的布尔可满足问题（SAT）约束求解器进行验证，通过覆盖所有的实例、所有周期以及每个周期所有的状态空间，保证了验证方法的完备性。     

考虑车体弹性的铰接式高速车辆模型及响应计算分析

本文引用多体动力学方法，对高速铰接式车辆进行建模及动力响应计算分析，建立了计及车体弹性效应在内的多体系统计算模型，其计算结果可与多刚体模型的计算结果以及试验结果进行比较和相互修正，为车辆动力性能设计提供依据。     

输入受约束的高速列车鲁棒自适应动态面控制

实现高速列车对期望速度与位移的精确跟踪至关重要。考虑输入饱和约束以及由于不确定的运行阻力、未知的黏滞摩擦系数和未测量的运行状态等引起的系统不确定性,提出高速列车的鲁棒自适应动态面控制算法。建立考虑牵引与制动转矩产生动态过程的高速列车动力学模型;引入扩张状态观测器在线估计和补偿系统总的不确定性,应用跟踪微分器代替动态面控制中的一阶滤波器,构造附加系统处理输入约束问题,设计了高速列车的鲁棒自适应动态面控制律;基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性以及高速列车速度跟踪误差和位移跟踪误差的半全局一致最终有界性。仿真结果验证了所提算法的有效性。