基于动力学的中低速磁浮转向架载荷特性分析

通过分析中低速磁浮车辆走形机构结构原理,对磁浮车的悬浮控制模块进行合理简化,利用SIMPACK动力学仿真软件,建立中低速磁浮车辆动力学仿真模型,对车辆在各工况下的载荷特性进行分析,并提出影响车辆动载荷特性的关键点,为磁浮车走形机构的参数优化提供理论依据。     

中低速磁浮车辆柔性迫导向拉杆研究

通过对中低速磁浮列车进行车辆结构及运动学分析,利用SIMPACK多体动力学仿真软件建立其动力学模型,并对悬浮控制部分进行合理简化。通过对采用柔性迫导向拉杆的车辆模型进行动力学分析,分析其载荷特性及动力学性能,寻找出最佳迫导向拉杆刚度和最佳柔性迫导向拉杆布置方案,为车辆结构的进一步优化提供方向及理论依据。     

五转向架城轨磁浮车辆的动力学

为了研究城轨磁浮车辆的动力学特性,利用Catia及ADAMS软件,通过合理简化,建立了五转向架城轨磁浮车辆的动力学虚拟样机模型,并对该模型进行了两种工况下的数值仿真.在静悬浮工况下,车体在垂向、横向和纵向都产生振动,但以垂向振动为主,通过分析垂向振动参数,证明车辆具有较好的平顺性指标.在R70m的弯道工况下,仿真值与计算值基本一致,验证了模型的正确性.     

新型中低速磁浮车辆振动传递特性研究

随着磁悬浮技术的飞速发展,一系列问题随之而来,其中磁悬浮车辆的振动问题是无法忽视。为了优化某新型中低速磁悬浮车辆的振动传递问题,本文建立了新型中低速磁悬浮车辆刚柔耦合模型;考虑车体弹性模态,采用扫频激励法,研究了磁浮车辆在不同激励模式下,在不同的振动传递路径下,车辆悬挂参数以及车下设备悬挂参数对振动传递的影响,以及有源设备振动对车体振动的影响,并分析了新型中低速磁浮车辆的动力学表现;结果表明,新型中低速磁悬浮车辆主要振动频率有2.6 Hz, 9.2 Hz、12.1 Hz和17.4 Hz等;优化垂向减振器阻尼等悬挂参数能够较好地抑制车体振动以及获得更好的动力学性能表现,减小车下设备悬挂刚度可以抑制车下有源设备的振动传递。     

基于RBFNN代理模型的高速机车横向动力学性能多目标优化

针对高速机车横向动力学中的悬挂参数优化问题,首先,以国内某型2B0轴式高速机车为基础,采用SIMPACK软件建立该机车动力学模型;其次,以蛇行稳定性和横向平稳性指标为优化目标,同时兼顾新轮和磨耗轮2种轮轨接触状态,通过拉丁超立方试验设计方法对关键悬挂参数进行采样设计;最后,根据试验设计结果构建转向架悬挂参数映射到机车横向动力学性能的RBFNN代理模型,并利用Sobol敏感性和Pearson相关性分析方法来量化悬挂参数对优化目标的影响程度。研究结果表明：在参数给定优化范围内,机车横向动力学性能几乎不受二系横向减振器节点刚度变化的影响;而蛇行稳定性对一系纵向刚度、抗蛇行减振器节点刚度以及抗蛇行减振器阻尼较敏感,前后司机室横向平稳性对二系横向刚度最敏感,在高速机车转向架设计中应该给予重视。此外,将代理模型结合遗传算法NSGA-Ⅲ搭建快速多目标优化平台,并通过动力学仿真结果验证该平台的准确性,可有效替代车辆系统动力学模型仿真计算及优化。     

五转向架城轨磁浮车辆动力学问题的研究

在分析城轨磁浮车辆运动规律的基础上，利用Catia及ADAMS软件，通过合理简化，建立了五转向架城轨磁浮车辆的动力学虚拟样机模型.基于上述模型，进行了两种工况的数值仿真，仿真结果与理论结果吻合较好，验证了模型的正确性.讨论分析了空气弹簧刚度与阻尼对车辆平顺性的影响.本文为五转向架城轨磁浮车辆的进一步研究奠定了基础.     

装有动力调节悬架系统车辆的频域建模与仿真

以某越野车为样车,首次建立了装有动力调节悬架系统的车辆动力学频域模型,采用阻抗传递矩阵获得油路的阻抗阵,通过数值优化迭代寻根方法,求解模态特征值,并与建立的不带横向稳定杆的整车模型和带横向稳定杆的整车模型进行模态参数对比和模态分析.结果表明,动力调节悬架系统使车辆在保持原有乘坐舒适性的同时,能有效抑制转弯时车体的侧倾运动,且大幅降低簧下的扭转刚度,越野路面时车轮能充分接触地面,提高车辆通过性能.     

电磁悬浮型高速磁浮车-岔垂向动力响应

从车辆构造特点出发,建立电磁悬浮（EMS）型高速磁浮车辆悬浮架、悬浮电磁铁链式结构动力学模型,并引入基于状态观测器的悬浮控制算法。结合反映道岔结构特征及动力特性的有限元模型,建立车-岔系统动力响应分析模型。仿真结果表明,所提出精细化模型的数值模拟结果与实测数据较为接近。在此基础上,开展了单节和多节编组列车在静悬以及低速和高速通过道岔等多种工况下的仿真试验,分析了不同影响因素下高速磁浮车-岔系统振动特征。仿真和实测结果表明,明确车-岔-悬浮控制之间的参数匹配关系是揭示车-岔相互作用机理的前提和关键。     

跨坐式单轨车耦合转向架的径向机理及参数影响

建立了跨坐式单轨车辆耦合转向架稳态曲线通过理论模型,推导了耦合转向架的径向调节机理,并推导出径向条件所需耦合参数的计算公式。建立了带有耦合转向架的跨坐式单轨车辆动力学模型,仿真了耦合转向架的曲线通过性能并验证了耦合转向架的径向调节能力,同时分析了耦合参数对耦合转向架径向调节能力及曲线通过性能的影响。研究结果表明:最佳耦合回转刚度仅与车辆结构参数及二系纵向刚度相关,合理选取耦合回转刚度可以使耦合转向架在二系悬挂系统和耦合机构的共同作用下,在圆曲线上自动达到径向位置,此时最大导向轮径向力明显减小,车辆的曲线通过安全性得到显著提高;耦合横向刚度对摇头角稳态值的影响很小,但耦合横向刚度的存在会恶化转向架在缓和曲线上的动力学性能。     

军用车辆悬挂系统热-机耦合特性研究

为解决军用车辆悬挂系统中减振器温升过高而漏油失效的问题,提出了全面的车辆悬挂系统机械动力学与其热学特性相互耦合模型.采用Matlab/Simulink建立此闭环正反馈系统的热机耦合模型,仿真计算得到某军用车辆在多种工况以及不同悬挂参数条件下的减振器温升特性曲线.研究结果表明:随着路面等级的下降,车速的提高,簧下质量和负重轮刚度的增大,减振器的温度升高加快;簧上质量和悬挂刚度对减振器温升特性无影响.     

基于Adams的某重型商用车操纵稳定性优化研究

针对重型商用车的操纵稳定性问题,据某重型商用车的实车参数,利用多刚体动力学软件Adams建立各子系统模型并装配成整车模型;通过检验同工况下整车模型仿真结果与试验样车试验结果以验证模型精确性;发现增大钢板弹簧刚度、前横向稳定杆刚度及鞍座刚度或减小后横向稳定杆刚度均可增强整车的操纵稳定性,最后以响应曲面模型和遗传算法为优化手段对各刚度参数优化,得到最优参数解(钢板弹簧刚度、前后横向稳定杆刚度及鞍座刚度)来提高重型商用车的操纵稳定性,优化后如蛇形实验中的横摆角速度幅值和侧倾角幅值甚至可有效降低10%左右,优化效果显著。     

基于驾驶员行为的神经网络无人驾驶控制

针对铰接式自卸车的转向特性,提出了一种基于驾驶员行为的神经网络无人驾驶控制方法.建立了以激光雷达、角度传感器为主要环境信息的采集系统,通过分析铰接式车辆转向特征建立铰接式自卸车运动学模型和动力学模型,利用ADAMS动力学软件建立车辆动力学模型并进行车辆稳态测试.建立基于最优预瞄控制的人工神经网络控制算法的驾驶员模型,通过ADAMS-Matlab/Simulink联合仿真验证模型.最后搭建真实巷道环境进行直线路段回正实验和曲线路径跟踪实验,结果显示,该控制模型在变曲率路段中,横向位置偏差小于可通过路径宽度的10%,航向角偏差优化90%,表明该神经网络驾驶员控制模型收敛速度快,稳态特性好,具有良好的无人驾驶能力.     

缓和曲线线型对地铁车辆动力学参数的影响

为了减轻地铁运行中的轮轨磨耗,提高车辆的运行安全性和舒适性,基于车辆动力学理论,通过动力学软件SIMPACK建立轮轨关系模型,针对4种地铁线路缓和曲线线型(线性变化、余弦曲线、正弦曲线和三次曲线)进行研究.分析了各线型下的轮轨横向力、轮轨垂向力、脱轨系数、磨耗功率、轮重减载率和倾覆系数6个动力学参数在列车运行中的变化规律.结果表明:正弦曲线和线性变化对列车在缓和曲线区段的动力学参数数值的变化影响较大;这些动力学参数在缓和曲线线型为三次曲线和余弦曲线时,其数值均处于居中水平,这两种线型在实际设计中可以替换.     

变刚度悬架的虚拟匹配优化

为解决某客车变刚度悬架的匹配优化问题,首先对传统的汽车悬架匹配方法和流程进行了总结,然后提出了基于计算机辅助优化(CAO)技术的虚拟匹配优化方法,并给出了相应的匹配流程.该匹配方法先建立整车的虚拟优化模型,再编制优化匹配程序并设定优化目标,然后联合优化模型仿真进行虚拟匹配.为建立准确的虚拟模型,特对该车的前后轮胎和空满载下簧载惯性参数进行了测试.文中匹配的悬架参数包括前悬架扭杆的扭转刚度、前后减振器的阻尼系数、前后稳定杆的扭转刚度、后悬架板簧的初级刚度与复合刚度和板簧衬套的径向刚度.匹配时需要考虑空载和满载两种状态下的车辆性能.通过虚拟匹配得到了该车变刚度悬架的匹配结果,然后根据该结果试制了悬架样件,最后在某汽车试验场进行了对比验证试验.结果表明,所采用的虚拟匹配方法对变刚度悬架参数的匹配优化是有效可行的,这对汽车底盘的虚拟开发及优化具有一定的借鉴指导意义.     

基于动力学仿真分析的磁悬浮列车悬浮架载荷特征研究

针对中低速磁悬浮列车建立动力学模型,计算磁悬浮车模态,根据频率和振型得出磁悬浮车的振动特点.依据青城山曲线段线路,得出前三个悬浮模块在四种速度下的横向位移、垂向位移、电磁铁所受横向力与垂向力比值以及空气弹簧处横向力等动态响应.选取受载严重的悬浮模块作为研究对象,根据实际受力情况,获得关键位置的载荷时间历程,为之后准静态应力分析法计算寿命做准备.结果表明:三个悬浮模块均随着运行速度增加,各项指标参数增大,第一个和第二个悬浮模块受力情况相似且受力明显大于第三个悬浮模块,可选第一个或第二个悬浮架作为疲劳评估对象.     

100％低地板轻轨车辆动力学性能及悬挂系统故障分析

利用特定设计的独立车轮踏面和50 kg钢轨匹配的轮轨关系,基于SIMPACK软件建立了100%低地板轻轨车的多体动力学模型,采用优化后的悬挂参数,分析了空重车工况下车辆的动力学性能,同时考虑了五种悬挂系统故障工况对轻轨车辆运行平稳性和安全性的影响.结果表明,此种100%低地板车在通过小半径曲线时需将速度降至10 km/h以下,悬挂系统故障会不同程度影响低地板车的动力学性能,尤其二系垂向悬挂系统故障对的垂向平稳性指标和横向平稳性指标均有较大影响,对运行安全性指标也有较大影响.     

汽车悬架液压减振器热机耦合动力学模型

针对汽车悬架液压减振器建立了由路面不平度激励模型、非线性悬架振动模型、考虑温度影响的减振器阻尼力试验数据模型、减振器热动力学模型子模型组成的耦合动力学效应的理论分析模型.通过减振器阻尼力特性试验数据建立了考虑温度影响的非线性阻尼力试验模型,利用减振器发热特性试验数据辨识了减振器热动力学模型参数.利用所建立的耦合动力学理论模型预测了减振器温度上升动态过程,并进行了影响因素的仿真分析.研究表明,减振器的热机耦合效应在高速行驶和较差路面条件下表现突出,而在低速或者良好路面条件下不明显;行驶车速、路面等级、环境温度与减振器周围空气流动速度、悬架非簧载质量、减振器壳体换热面积对减振器发热平衡温度高低具有很大影响,而悬架等效刚度、簧载质量和减振器壳体比热容参数对之影响很小.     

后轮随动转向车辆非线性动力学特性研究

向后轮随动转向系统中引入一种黏弹性参数可变的黏弹性材料,以替代传统的橡胶衬套;基于黏弹性材料的分数阶本构模型,以及具有饱和特性的非线性魔术轮胎模型,建立了随动转向车辆的三自由度分数阶动力学模型;根据给定的车辆参数,利用MATLAB软件仿真研究了随动转向车辆的横向动力学行为。研究结果表明:在一定的参数条件下,随着车速的提高,后轮随动转向角发生了Hopf分岔现象;当车辆的行驶速度超过某个阈值时,随动转向车辆将发生明显的摆振,后轮随动转向角和车辆横摆角速度时间历程曲线均呈现出具有两个稳定幅值的周期振动,随动转向角相图上出现了两个极限环;后悬架中引入的黏弹性材料参数对随动转向车辆的非线性动力学行为具有明显的影响。该研究为后轮转向车辆横向动力学行为的半主动控制奠定了理论基础。     

负载扰动下磁浮车辆多点悬浮建模与控制

以同济大学磁浮交通工程技术研究中心研制的低速磁浮车辆为研究对象,研究非线性时变扰动下多点悬浮的控制算法设计及优化问题。建立多点悬浮的非线性数学模型,并基于交叉耦合控制算法对各个悬浮点的输出误差进行补偿。与单点比例-积分-微分(PID)控制算法的比较结果表明,基于交叉耦合的反馈控制算法,能够克服以往基于假设完全解耦设计出的控制算法的不足,具有较高的控制精度和较强的鲁棒性。最后,通过试验验证负载扰动下交叉耦合反馈控制算法的有效性。     

基于车-轨耦合的轨道特种车辆横向建模及参数优化

基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了路轨两用消防车在轨道上行驶的车辆-轨道耦合横向模型,并与传统轨道车辆横向模型进行比较,通过实车试验验证了车辆-轨道耦合横向模型的正确性.在此基础上,建立了多目标优化模型,并采用统一目标函数法对轨道行驶系统的悬架参数进行优化.结果表明,该优化设计方法使车身横向加速度均方根值减小了22.22%,轮轨横向作用力均方根值减小了18.63%,提高了车辆横向平稳性,降低了轮轨横向动作用.