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     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

铁道车辆振动控制技术--有源与半有源悬挂分析

分析利用有源悬挂和半有源悬挂方法对铁道车辆振动控制的原理和技术。对日本最新型700系列高速列车上采用的可变阻尼减振器进行研究分析,认为其基本原理是通过高速电磁阀切换阻尼孔(节流孔),从而改变减振器的阻尼力达到控制振动的目的。指出在隧道内,车体的横向振动加速度可减少30%左右。介绍日本新开发的可以自动调整动力学性能的减震器的进展情况。给出横向用可变阻尼减振器和垂向用可变阻尼减振器内藏型空气弹簧的结构和特点。     

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。     

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。     

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。     

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。     

比例溢流阀式半主动悬挂系统仿真研究

利用建立的比例溢流阀式半主动减振器的数学模型、天棚阻尼半主动控制器模型和车辆系统动力学模型,分析常通节流孔直径和比例溢流阀调压误差对半主动减振器性能的影响.结果表明:采用比例溢流阀式半主动悬挂系统能够有效地减小车体振动,而且车辆运行速度越高改善效果越明显;根据建立的车辆系统动力学模型,对应车辆各速度等级,当天棚阻尼系数取100kN·s·m-1时,车辆运行平稳性指标取得综合最优;常通节流孔直径越大,半主动减振器响应越慢,其等效阻尼越小,半主动减振器阻尼力对控制器期望阻尼力的跟踪能力就越差,在振动频率为1Hz附近车辆的振动能量越大,并且调压误差系数仅对车体的横向高频振动有微小的影响.     

控制时滞对半主动悬挂车辆动力学性能的影响

利用天棚控制原理和SIMPACK动力学软件建立了具有二系横向和垂向半主动悬挂车辆模型,分析在不同速度下时滞10、30ms车体横向和垂向的平稳性性能、1位轮对的轮轨横向力,同时还分析在速度为240km/h时,时滞对车体横向加速度振动幅频特性、前构架和1位轮对横向加速度功率谱密度的影响.分析表明时滞10ms时上述各项指标变化不是很明显,当时滞30ms时许多指标恶化得较为严重,半主动控制失效,说明时滞不能过大.为了突显半主动悬挂的优势,对控制系统时滞进行研究和限制显得尤为必要.     

高速列车开关式横向半主动悬挂系统的理论与实践

阐述了半主动悬挂系统的原理,介绍了基于天棚控制原理的开关式横向半主动悬挂系统的研制过程。利用车辆系统动力学仿真分析软件UM分析了车辆系统采用半主动悬挂改善车体振动性能的结果,确定了半主动悬挂系统的时滞范围和车辆过曲线时车体离心加速度的滤波频率范围。针对样机进行了简化的台架试验。仿真计算和台架试验结果均表明,采用开关式半主动悬挂系统可以有效地维持和断开减振器所提供的阻尼力,从而提高横向运行平稳性指标。     

考虑车体弹性效应的铁道客车系统振动分析

建立了铁道客车垂向振动系统数学模型。将车体看成两端自由的均质等截面欧拉梁,并考虑二系悬挂采用半主动减振器,导出客车系统的运动微分方程组,给出客车系统各模态共振速度的定义和计算公式。共振速度是车辆系统的固有属性,车体弹性振动各模态共振速度由车体的自振频率和车辆定距决定。计算车体一阶和二阶弯曲振动共振速度及对应的轨道波长,进行了客车系统在轨道简谐输入情况下的幅频特性分析和随机输入情况下的随机响应分析。通过计算可知,为了减小车体垂向共振峰值,车体一阶弯曲自振频率应尽量离开构架的浮沉自振频率;由于车体弹性振动的影响,车体端部的振动加速度和位移要大于中部,弹性车体模型的平稳性指标大于刚性车体;采用半主动减振器能够显著降低车体的加速度、位移和平稳性指标,但会使构架的加速度和位移有所增大。     

单层双层集装箱车体振动特征分析

为了分析单层双层集装箱车体振动特征及成因，利用柔性体接口处理技术对策（ITTS），建立了单层双层集装箱专用车辆刚柔耦合模型，并进行了整车模态分析对比和基于轨道谱的车体振动特征分析对比。这两种车体的结构型式是截然不同的，单层车体是利用一根纵梁构成的“鱼刺”形结构，而双层车体则是利用两个边梁构成的“落下孔”型结构。在三大件转向架的摇枕悬挂中，斜楔摩擦“卡滞”所产生的动力作用使单层车体形成了具有二阶垂向弯曲模态振动特征的弹性振动。由于通用转向架的摇枕悬挂与双层集装箱装载方式所形成的惯性特征不匹配，双层车体运动模态振动频率过低，如点头、摇头和侧滚等，造成车体结构产生伴随模态振动。因为双层车体具有“落下孔车”结构特征，其横向稳定性比较差，因而双层车体弹性振动特征与装箱方式有关，只有在上下20ft×2装箱时才出现一阶弯曲模态振动，其他装箱方式则主要表现为车体横向振动。     

基于车辆系统稳定性分析的晃车现象研究

基于多体动力学软件MSC.ADAMS的Rail模块建立CRH2高速检测车的动力学仿真模型,并利用实验数据对该模型进行验证,结果表明所建立的动力学仿真模型准确.利用该模型对CRH2高速检测车进行稳定性分析的结果表明:CRH2高速检测车上心侧滚振型的阻尼因子绝对值随着车速的提高先增大后减小,在100km·h-1附近达到最大;随着车速的提高,转向架整体蛇行振型的阻尼因子绝对值也呈先增大后减小的趋势,在运行速度为230 km·h-1时达到最大,表明此时CRH2高速检测车稳定性最佳.分析晃车现象的结果表明:轮轨关系不匹配使转向架整体蛇行振型的阻尼因子过小,导致晃车现象,在仿真中将轮对内侧距由1 353 mm改为1 360 mm后,晃车现象消失;当速度为200 km·h-1时,CRH2高速检测车上心侧滚振型的振动频率为1.6Hz,阻尼因子为负且非常接近0,导致上心侧滚振动衰减较慢,从而也会产生晃车现象.晃车现象与车辆系统的蛇行失稳不是同一概念,在实际的应用中应加以区别.