高速列车主动悬架超磁致伸缩作动器的设计及性能仿真分析

近年来我国轨道交通技术高速发展,高速列车的运行速度也不断提高,但由于轨道不平顺、车体轻量化设计、会车及通过隧道等原因导致车体振动加剧问题愈加突出,采用作动器提供主动控制力以抵消车体振动的主动悬架系统可极大程度地提高车辆的安全性和舒适性,故将作动器应用于高速列车主动悬架符合列车减振要求和发展方向。为此,文中结合高速列车主动悬架对减振作动器的要求,设计了一种高速列车主动悬架超磁致伸缩作动器,采用TX定向超磁致伸缩材料（GMM）及液压式位移放大机构二者相结合的方式,保证列车减振所需的输出位移和输出力,借助COMSOL软件确定了关键部件的参数,采用MATLAB软件搭建模型进行了性能仿真分析,并搭建基于LABVIEW的超磁致伸缩作动器试验台进行了验证。     

空气悬架的MATLAB和ADAMS的联合仿真研究

悬架作为现代车辆的关键部件之一,对车辆的平顺性有重要影响。基于ADAMS和MAT-LAB软件分别建立了装备主动空气悬架的1/4车体虚拟样机模型及1/4车体主动PID控制模型,并对PID参数进行了整定。通过联合两个模型对某装备可控悬架的车辆进行了仿真分析,结果表明:基于PID控制的主动空气悬架与被动悬架相比,能够减小车辆振动,改善车辆的平顺性。该方法避免了建立车辆系统动力学方程及状态方程,提高了悬架系统的设计效率,同时为复杂机械系统的控制与仿真提供了新方法。     

低地板有轨电车防折弯系统及动力学仿真

针对低地板有轨电车及引进的防折弯液压系统,分析防折弯系统中相关重要参数对液压系统防折弯功能和二系减振功能的影响。提出防折弯液压系统与低地板有轨电车动力学模型联合仿真的方法,研究防折弯液压系统对低地板有轨电车通过曲线性能的影响。液压系统参数研究表明,主阀块旁通节流孔直径和缓冲油缸弹簧刚度主要影响液压系统的防折弯功能,缓冲阀块阻尼孔直径和限压阀开启压力主要影响液压系统的二系减振功能。联合仿真结果显示,防折弯系统能够很好地保持有轨电车前后车体与转向架之间相对回转的一致性,抑制车体过大的横向位移和前后车体间的相对位移。建立的抗折弯液压系统-列车动力学联合仿真模型,可用于研究抗折弯液压系统对低地板有轨电车通过曲线时列车各项性能的影响。     

基于PID控制的三级减振式主动悬架仿真研究

以设计的三级减振式主动悬架为研究对象,建立4自由度四分之一车三级减振式主动悬架动力学模型,以白噪声作为路面激励信号,建立路面模型。通过Matlab/Simulink软件建立三级减振式主动悬架的仿真模型。在C级路面下,基于PID对车身加速度进行控制,得出在有无PID控制车辆主动悬架系统的仿真对比。最后对车身加速度、悬架动行程和轮胎行程进行对比分析。结果证明,基于PID控制的三级减振式主动悬架能够更好的减小振动,使车辆的平顺性更好。     

轴系推力轴承主动减振液压控制装置分析研究

介绍了能降低船舶推进轴系纵向振动的推力轴承主动减振液压控制装置,建立了推力轴承纵向振动及主动减振液压控制装置液压系统数学模型,利用MATLAB软件,对推进轴系所受螺旋桨的激励力、纵向振动位移及加速度进行了仿真分析。结果表明:主动减振液压控制装置能有效解决推进轴系的动态刚度与支承刚度之间的矛盾;且具有推进轴系纵向位移范围小、加速度响应幅值低以及减振降噪效果明显等特点,可为船舶推进轴系的研制提供技术支撑。     

基础振动下液压管道主动减振研究

针对硬岩掘进机工作过程中产生的强振动影响液压管道工作性能的问题,应用双向流固耦合的原理,建立了基础振动下液压管道主动减振仿真模型,实验验证了仿真模型的正确性。以管道最大应力和最大位移为判据条件研究了主动激励参数对管道减振的影响,并得到了对管道减振影响的主次顺序。分析发现当主动减振激励与工作振动频率相等,幅值大小相等,相位角差为π,作用位置在管道中间时,管道最大应力减小22.2%,最大位移减小53.1%,此时的减振效果最好。该研究结果能为强振动环境下液压管道的减振设计提供一定的理论参考。     

基于ADAMS和MATLAB的汽车主动悬架联合仿真

汽车悬架的动力学性能直接影响到汽车的安全性和操纵稳定性,利用ADAMS软件建立了四分之一汽车主动悬架的机械模型,并和MATLAB进行了联合仿真.结果表明基于模糊控制的汽车主动悬架减小了车辆振动,提高了车辆的平顺性和安全性.为汽车悬架减振性能的开发设计提供了一种有效的方法.     

基于半车模型的主动悬架控制策略研究

首先建立了半车模型主动悬架系统的动力学模型,然后以车身质心垂向加速度、车身俯仰角加速度为控制对象设计了主动悬架系统控制器。在Simulink中建立相应的仿真系统模型和控制器模型,并对主动悬架控制系统进行仿真。将仿真结果与被动悬架系统和以前、后车身垂向加速度为控制对象的主动悬架控制系统的仿真结果进行对比分析,结果表明,该主动悬架控制可极大地抑制车身振动、车身俯仰变化,明显改善了车辆行驶的平顺性。     

含饱和、死区和时滞的主动悬架PID控制器设计

饱和、死区和时滞都是作动器常见的非线性现象,容易导致主动悬架系统性能下降甚至不稳定。建立1/4车体主动悬架系统动力学数学模型,运用描述函数法表述系统饱和、死区特性,通过欧拉公式描述系统时滞特性,得到含饱和、死区和时滞非线性的主动悬架系统传递函数模型。针对含PID控制器的主动悬架闭环控制系统,采用奇异频率解耦法获得矩阵形式的Hurwitz条件,再通过图解法获得PID控制器参数稳定范围。建立主动悬架仿真模型,实例研究闭环系统输出响应及非线性因素的影响。结果表明,所设计的PID控制器能保证非线性悬架正常稳定工作,可有效降低悬架系统的振动幅值,且对饱和、死区和时滞非线性因素具有一定的鲁棒性。该PID控制器设计方法可以方便地应用于工程实际,有利于提高非线性主动悬架的系统性能。     

运用Matlab对主动悬架系统仿真分析

汽车悬架系统是汽车上的重要组成部分,对于汽车行驶过程的舒适性、平顺性以及操作稳定性都有重要的影响,主动悬架逐渐成为汽车行业的发展方向。基于二自由度1/4车体模型符合当代人对汽车性能的基本要求,从而得到了广泛的推广,采用LQG最优调节器理论确定主动悬架的最优控制方法,利用MATLAB软件建立了主动悬架汽车振动分析仿真模型,进行对汽车相关性能作出综合评价。     

轨道不平顺影响下高速列车齿轮传动系统的振动特性分析

为了分析高速列车齿轮传动系统在轨道不平顺激励影响下的振动特性变化规律,利用动力学软件SIMPACK建立包含齿轮传动系统的整车动力学模型,分别在大、小齿轮内部布置测点,进行无轨道不平顺和有轨道不平顺工况下的动力学仿真实验,获得高速列车时速250 km/h时大、小齿轮的振动加速度。对大、小齿轮横向、纵向和垂向振动加速度幅值进行频域分析,并对比分析了齿轮传动系统在有、无轨道不平顺工况的振动幅值、频谱分布。结果表明,由于轨道不平顺激励的影响,高速列车齿轮传动系统的横向、纵向和垂向振动加强,振动加速度均增幅明显,其中,垂向振动加速度变化幅值最大。齿轮传动系统的振动频率主要集中在0~400 Hz,小齿轮和大齿轮横向振动受轨道不平顺的影响规律一致,但小齿轮受到纵向振动的影响略小于大齿轮,小齿轮受到垂向振动的影响略大于大齿轮。     

基于最优控制理论的高速列车车下悬吊系统半主动悬挂

针对高速列车服役环境的复杂性,造成车体振动幅值增大和旅客乘坐舒适性降低等问题。基于LQR算法的最优控制理论,提出车下悬吊系统安装半主动悬挂的思路,并建立考虑车体弹性和车下悬吊设备的高速列车垂向耦合振动模型,分析LQR算法的加权系数R对车体减振的影响规律,并对比分析被动悬挂和半主动悬挂的车体振动控制效果。研究结果表明,以降低车体弹性振动为控制目标,减小加权系数R有利于降低车体的弹性振动,而且当加权系数减小至1×10~(-5)时,车体弹性振动会出现明显的降低,但是不会对车体的刚性振动产生影响;半主动悬挂对车体振动控制的效果与车体弹性振动能量密切相关,车体弹性振动能量越大,半主动悬挂的控制效果越好;当车体出现弹性振动时,半主动悬挂的车体减振效果明显优于被动悬挂,在车体弹性振动最明显的速度级下,半主动悬挂下的车体振动RMS值降低了约一半。通过半主动悬挂对车体减振效果的研究,为工程化应用提供了理论支撑。     

空间站科学实验平台并联主动减振系统动力学建模研究

使用凯恩方法建立空间柜并联主动减振系统动力学模型,并对模型进行线性化,得到模型的状态空间形式。对空间微重力环境进行研究,设计并联主动减振机构对空间实验柜进行减振。空间微重力环境具有振动频率低、振动幅度小、随机振动强的特点,并联主动减振系统可以良好抑制振动干扰。并联主动减振机构由空间实验柜、直线型音圈电机、推杆、传感器组成,空间实验柜为减振对象。推杆通过柔性铰链将空间实验柜与空间站舱体连接到一起。控制器接受由传感器采集的空间实验柜加速度与相对位移信号,并驱动直线型音圈电机抵消干扰。最后,对系统线性化的动力学模型进行仿真,并与非线性动力学模型的仿真进行对比,对模型进行了验证。     

存在测量数据丢失的主动悬架系统鲁棒控制

测量数据丢失现象使得主动悬架系统的控制精度降低,影响车辆乘坐舒适性和操纵稳定性。考虑传感器和网络通信导致的数据丢失问题,建立1/4车体主动悬架系统动力学模型,并将其转换成状态空间方程。通过伯努利序列分布描述数据丢失率,构建带有动态观测器的状态反馈闭环主动悬架系统,根据悬架系统的均方指数稳定性要求,推导含观测器与反馈控制器的线性矩阵不等式稳定性条件。对控制输入系数矩阵进行奇异值分解,求解满足最小稳定性能指标的线性矩阵不等式,获得主动悬架系统的观测器与鲁棒控制器。最后,采用MATLAB软件开展仿真研究,结果表明,所设计的控制算法可以降低数据丢失对系统簧载质量的振动幅值;当δ在[0,10%]和β在（0,20%]范围内时,控制器对悬架系统控制效果较为明显;随机激励作用下,主动悬架系统表现出较好的鲁棒性。本研究可以改善主动悬架系统的控制精度,为高性能、高可靠性悬架系统的研发提供一定参考。     

含执行器饱和主动悬架反馈控制的LMI方法

执行器饱和非线性严重制约了主动悬架系统的良好减振性能.采用标准饱和函数向量描述悬架执行器饱和特性,建立具有执行器饱和的1/4车体主动悬架系统动力学模型.考虑饱和函数凸集表示,分析含执行器饱和的主动悬架收敛域估计问题,确定具有执行器饱和的主动悬架系统椭圆不变集条件,采用线性矩阵不等式(LMI,Linear Matrix ...     

液压模块挂车刚柔耦合仿真及振动实验分析

针对车体的柔性特性对液压模块挂车动态的影响、并提高仿真计算精度的问题。运用ANSYS建立车体有限元模型并计算模态特征。在多体系统动力学理论基础上,将车体的模态中性文件导入ADAMS作为柔性体,建立整车刚柔耦合动力学模型。由路面不平度时域激励信号对动力学模型进行仿真,结合挂车的结构振动试验,从仿真计算与试验的结果对比表明:所建立车体有限元与挂车刚柔耦合动力学模型具有一定的准确性。进一步分析在不同的运行工况如车度、道路等级对挂车动态响应及平顺性的影响。     

基于3-RPC并联机构的车辆座椅减振装置研究

针对车辆座椅存在的多维振动问题,提出一种采用3-RPC并联机构结合减振耗能元件实现多维减振的方法。首先建立减振装置多体动力学模型与数学分析模型,并应用数学模型位移输入-输出关系验证动力学模型的正确性。以动力学模型为基础,研究人-椅系统三垂直轴向加速度传递特性和冲击响应,仿真结果表明系统三轴向共振频率避开了人体敏感频段和车辆悬架及轮胎共振频率;竖直方向最大传递率为1.43,优于固定式座椅(2.08)和机械减振式座椅(1.87),水平方向减振区涵盖了车载环境激励频段,且受冲击作用时系统上平台各轴向加速度和位移峰值明显低于下平台相应值,说明该减振装置对多维稳态振动和冲击激励均具有良好的衰减性能,可显著改善车辆乘坐舒适性。     

磁流变互联悬架的馈能特性及动力学性能分析

针对兼顾汽车行驶平顺性和馈能特性的需求,提出了一种新型磁流变互联悬架模型.先构建磁流变减振器力学与馈能的理论模型,并通过Simulink软件搭建磁流变减振器模型和磁流变互联悬架模型,分析影响馈能特性的主要参数;基于整车仿真模型,以30 km/h车速和一段C级路面为激励输入,对磁流变互联悬架与传统液压互联悬架进行对比仿真,分析互联悬架在实际路面激励下馈能特性和汽车行驶平顺性的变化规律.结果表明:磁流变互联悬架的减振效果更好;在满足车辆行驶平顺性需求的前提下,具有有效回收互联悬架振动能量和提高抗俯仰侧倾的能力.     

车辆主动悬架模糊控制

车辆的振动影响其平顺性,采用主动悬架可以有效减小振动.建立了带主动悬架的振动模型,利用模糊控制理论对悬架减振控制.仿真结果表明,车辆簧上质量的垂向、俯仰及侧倾振动大幅减小,说明采用模糊控制的主动悬架对车辆减振是可行的.     

车辆液压主动悬架系统的设计与性能研究

基于混合控制策略,提出了一种液压主动悬架作动器;对混合控制策略进行理论分析,并建立混合控制策略和液压作动器的传递函数,分析液压系统控制力的实现过程;依据1/4车辆模型选取和设计液压元件;在AMESim软件中对液压系统的减振性能进行分析,并对液压主动作动器进行试制与试验。仿真与试验结果均证明设计的液压系统合理,能够满足主动减振的要求,为国内自主研发液压主动悬架提供了一定的参考价值。