关门车对空重车混编列车安全性影响

为了研究关门车对空重车混合编组货运列车安全性的影响规律，根据车辆系统动力学理论和列车动力学理论，建立了机车+16重车+空车+31重车+空车+16重车编组的空重车混编列车动力学模型，并分析了列车中存在关门车时在直线和曲线线路上分别以80 km/h、85 km/h、90 km/h制动初速制动时，列车中各车辆的脱轨系数、轮重减载率的变化情况。结果表明:列车中的关门车及其他车辆的脱轨系数、轮重减载率都符合《机车车辆动力学性能评定及试验鉴定规范》（GB/T 5599—2019）标准的规定；当关门车为空车时，其脱轨系数以及轮重减载率均明显大于列车中重车关门车和其余车辆的值；当列车中的关门车是重车时，其脱轨系数稍大于列车中其余车辆的脱轨系数，但轮重减载率与列车中其余车辆的值无明显差异。随着制动初速的增加，列车中所有车辆的脱轨系数和轮重减载率都随之增大；曲线运行时的脱轨系数和轮重减载率都大于直线线路上运行时的值。     

不同转向架中心距铁路平车动力学性能仿真研究

研究具有不同转向架中心距NX70和NX70A型铁路平车的动力学性能.应用Simpack仿真平台建立动力学模型,根据中国铁路线路条件及货物装载基本技术条件设定运行工况和装载工况.采用脱轨系数和轮重减载率作为车辆动力学性能评判指标,基于指标最大值和均方根对比分析两种平车的动力学性能.仿真结果表明转向架中心距较大的平车表现出更好的动力学性能.     

轨道客运车辆山区小半径曲线通过性能分析

为了解决山区小半径曲线下车辆运行安全性低、平稳性差等问题,基于车辆轨道耦合动力学建立某型轨道客运车辆动力学模型;给出线路参数方程及车辆动力学方程,并对其进行仿真计算,分析曲线半径、缓和曲线长度、欠超高等山区工况曲线几何参数对轨道客运车辆通过性能的影响.研究结果表明:在一定范围内,轮轨横向力、轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率等曲线通过性能指标均随着圆曲线半径、缓和曲线长度、欠超高的增大而有明显的降幅,车辆曲线通过性能增强,安全性和平稳性提高.     

抗蛇行减振器常见故障对高速列车动力学性能的影响

以CRH380B型动车组为实例,结合实际中常见的抗蛇行减振器故障,基于车辆动力学理论,利用动力学仿真软件SIMPACK建立动力学模型,通过改变抗蛇行减振器阻尼特性来模拟不同故障类型,从而对车辆进行动力学研究.结果表明:当抗蛇行减振器故障后的剩余阻尼力在标准阻尼力50%以下时,对车体平稳性、稳定性、曲线通过性能均有很大影响.其中当抗蛇行减振器剩余阻尼力为标准力值的50%时,车体垂向和横向平稳性指标分别达到了1.85和2.20,脱轨系数达到了0.45,非线性临界速度降低到了271km/h.得出抗蛇行减振器的最佳阻尼特性:当卸荷速度为0.03m/s,卸荷力为8~9kN时,车辆各动力学性能达到相对最优状态.     

客运列车曲线超速引起的脱轨全过程计算

为研究客运列车因曲线超速引起的脱轨规律,基于列车-轨道系统空间振动计算模型,建立客运列车-曲线轨道系统空间振动计算模型。基于该模型,根据列车脱轨能量随机分析方法,提出客运列车曲线超速引起的脱轨全过程计算方法,计算不同曲线半径、外轨超高下列车超速引起的脱轨全过程,分析轮轨接触状态及其相对位置。研究结果表明:据脱轨系数和轮重减载率难以判定客运列车超速时是否脱轨;脱轨车辆位于编组前部,在脱轨前及时预警十分必要;随着曲线半径、外轨超高增大,列车脱轨速度随之增大,脱轨瞬间转向架与钢轨横向相对位移也随之增大;并考虑安全系数1.25,得到转向架与钢轨横向相对位移最大为60.2 mm,这可为研发客运列车曲线超速脱轨报警装置提供参考。     

考虑柔性轮对的车辆系统刚柔耦合动力学响应分析

为研究柔性轮对对高速列车动力学性能的影响，采用刚柔耦合动力学仿真方法，基于CRH380高速列车模型建立了柔性轮对结构条件下的车辆—轨道刚柔耦合动力学模型。分析了轮对柔性与全刚体结构条件下的车辆模型的安全性、轮轨动态相互作用及通过性指标。仿真结果表明，在车速300 km/h时，两模型在动力学指标上具有明显差异，主要表现在柔性轮对车辆模型轮轨垂向力幅值及轮重减载率幅值都低于全刚性体车辆模型，车辆振动加速度、脱轨系数及轮轴横向力波形结果差距较小。     

随机激扰对橡胶轮转向架车辆动力性能的影响

在建立橡胶轮转向架车辆系统动力学模型的基础上,研究了随机激扰对车辆系统振动特性的影响.结果表明,在随机激扰作用下,橡胶轮转向架车辆系统将产生激烈振动,且车辆运行速度越高,振动越剧烈,但轮重减载率始终维持较低的振动值.     

随机风载下高速列车动力学安全特性

为了研究随机风载下高速列车的动力学特性,提出一种随机风环境下高速列车安全平稳性评估方法。基于Kármán理论和Davenport相干函数通过谐波合成法建立随机风数值模拟模型,并推导随机风作用下的高速列车非定常气动载荷的计算公式。通过SIMPACK建立车辆系统动力学模型,计算不同随机风载作用下的高速列车以不同车速运行过程中的安全性指标及平稳性指标。最后,本文选择了包括脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力、Sperling平稳性指标在内的多性能指标作为目标来支持决策。通过仿真对多性能指标进行评价,验证了该模型在强风下高速列车运行动力学特性研究中的适用性。     

钢轨轧制不平顺对车岔耦合系统垂向动力特性的影响

为分析某18号高速道岔轨道不平顺的产生原因,使用快速傅里叶变换的方法分析其频率分布,道岔转辙器区与辙叉区的钢轨不平顺是钢轨轧制过程中控制精度不足造成的,其主频波长为0.8 m的倍数。基于车辆-道岔耦合系统动力学理论,研究钢轨轧制不平顺对道岔区垂向轮轨力和轮重减载率的影响,并分析不同车辆通过速度条件下最大轮重减载率的变化规律。研究结果表明:车辆以350 km/h的速度通过道岔时,垂向轮轨力变化较为剧烈,其一阶主频为50.51 Hz,与全线轨道不平顺的一阶主频51.27 Hz基本相同,辙叉区最大轮重减载率超过0.8的限值,且持续时间较长,存在脱轨的可能;道岔区钢轨存在轧制不平顺时,车辆速度对最大轮重减载率影响较为显著,为保证轮重减载率不超过0.8的限值,车辆通过高速道岔时理论上应限速160 km/h,当不存在钢轨轧制不平顺时,车辆速度对最大轮重减载率的影响较小。     

高速列车空气动力制动会车动力学性能

采用流体力学模拟两列高速列车以400km·h-1速度交会时工况,计算列车气动载荷,并结合高速列车动力学模型研究会车工况下制动风翼板开启对列车动力学性能及运行安全性影响.结果表明:交会时列车横向及垂向位移及振动加速度均增大;与未采用空气动力制动相比,制动风翼板开启后车体振动加速度、列车最大脱轨系数、轮重减载率等均发生变化,但其运行安全性指标均在合格范围内.     

路面和开关磁阻电机作用下电动汽车振动分析

为了分析开关磁电机驱动电动汽车振动性能,基于前轮和后轮路面激励的时间相关性,应用滤波白噪声法描述前轮和后轮路面激励,基于线性模型描述开关磁阻电机垂向激励,采用六自由度汽车振动平面系统描述轮毂电机驱动电动汽车振动.在城市行驶工况的B级路面和车速范围内,对路面和开关磁阻电机作用下电动汽车振动性能进行了研究.研究结果表明,在前轮和后轮电机存在同向偏心的情况下,低速对车轮加速度和车轮动载荷影响大,高速对座椅加速度和悬架动挠度影响大.     

不同路况下路面附着系数实时估计

为了准确估计不同路况下的路面附着系数,提高汽车行驶的安全性与稳定性,提出了一种在制动工况下基于前后轮轮速和制动力矩估计路面附着系数的方法。首先,考虑汽车前后轴荷转移,在Matlab/Simulink软件中完成建模操作,创建关于双轮车辆制动的动力学模型;其次,将控制目标确定为汽车前轮以及后轮的理想和实际滑移率,建立理想制动力矩滑模控制器,对于汽车滑模控制器存在的抖振现象,通过积分切换面对其进行处理;最后,以前后轮轮速和制动力矩作为输入进行扩张状态观测器的设计,利用这一观测器观测路面附着系数相关值。结果表明,各种路况中的路面附着系数都可以通过上述手段进行准确估计,扩张状态观测器能够抵抗外界干扰,鲁棒性强。将扩张状态观测器用于路面附着系数识别的良好结果可为汽车稳定性控制系统的设计提供参考。     

汽车一般双轴悬架模型及其平顺性分析

对前后悬架幅频特性不同，悬挂质量分配系统不等于1的一般的汽车双轴悬架模型，由于前后悬架存在动力学上的耦合，单纯采用微分方程分析会出现困难，笔者采用动力学微分方程转化为状态方程的分析方法，将前后轮双输入折算为前轮单输入，从而方便地求出车身上任一点垂直加速度对前轮路面不平度速度输入的幅频特性和车身俯仰角加速度对前轮路面不平度速度输入的幅频特性，基于此方法，分析了不同的悬挂质量分配系数对一般双轴模型平顺性的影响。     

Research on dynamical derailment system for CRH

With the vehicle speed increase, wheel-rail dynamic coupling becomes stronger and shows more prominent. It may lead to derailment of the vehicle. Based on an improved three-dimensional wheel-rail contact trace algorithm and a new model of wheel-rail contact force, wheel-rail derailment dynamical model is established on CRH vehicle and developed in MATLAB software, which is called dynamical derailment system for CRH (DDSCRH). Analyzed on dynamical derailment process of high speed vehicle by DDSCRH, the critical position on climb wheel and influence factors on lateral force for derailment is obtained. Finally, high-speed vehicle dynamical simulation is verified on DDSCRH by comparing with the results of line test.     

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。     

基于虚拟样机技术的重型汽车ABS模糊控制研究

 在ADAMS/Car中建立三轴重型载货汽车的虚拟样机模型,包括前后悬架、动力总成、转向系统、稳定杆、制动系、轮胎及车身,同时还考虑了轮胎、悬架弹簧、减振器等部件的非线性.利用Matlab/Simulink建立了基于滑移率的防抱死制动系统ABS模糊控制系统.分别在高附着路面、低附着路面及分离系数路面上进行不同载重下的直线制动仿真,计算汽车制动时的动态特性,并与无ABS的常规制动进行比较.结果表明,本文设计的基于滑移率的ABS模糊控制策略对于重型汽车具有良好的控制效果,使车轮的滑移率控制在最佳滑移率附近,防止了车轮的抱死,在制动距离、制动时间及制动稳定性方面都有较突出的优势.     

现代有轨电车碰撞脱轨影响因素

运用多刚体动力学理论对有轨电车与汽车在平交道口的碰撞进行仿真分析.研究结果表明有轨电车在平交道口受到汽车以20km·h-1的速度侧面撞击时,有轨电车的最大脱轨系数达到1.63,超过标准GB5599—1985中规定的第一限度(1.2),具有较大的脱轨风险.此外,撞击后有轨电车的动态响应以及脱轨风险在很大程度上受到碰撞边界条件的影响.当汽车撞击有轨电车前后两端头车时,被撞击车辆承受的横向碰撞力仅能通过一侧的车间铰接结构向其他车辆进行传递,导致有轨电车脱轨系数较高.随着汽车质量和撞击速度的增加,碰撞力显著增加,有轨电车的脱轨系数也逐渐加大.当有轨电车撞击点与车体质心间距的逐渐加大,被撞击车辆除了承受剧烈的横向冲击还产生一定的摇头运动,加剧有轨电车碰撞后脱轨的风险.轮轨摩擦系数由于雨雪等天气因素降低时,一方面车辆所需要的制动距离明显增加,更容易造成碰撞事故的发生;另一方面钢轨对于车轮运动的抑制作用减弱,加大了有轨电车脱轨的风险.     

基于K&C试验台的扭力梁与多连杆悬架研究

以某新旧两款商务车为研究对象,该两款车型后悬架分别采用扭力梁式悬架与多连杆式独立悬架,利用KC试验台获取其悬架系统的特性参数,对比分析平行轮跳试验结果中的车轮外倾角以及车轮前束角的差异和特点,然后基于整车基本数据使用汽车仿真软件Carsim分别建立整车模型,进行转向盘转角阶跃输入仿真,并通过整车侧向加速度与横摆角速度的变化来分析两种不同的后悬架对这款车型整车操纵稳定性的影响。结果表明,相对于扭力梁式后悬架,多连杆式后独立悬架能够加快稳态响应,减小谐振幅度,而且在特殊工况下,侧倾现象明显更小,响应速度更快。     

基于Hamilton理论的无人车路径跟踪控制

针对当前车辆路径跟踪控制存在精度低、可靠性差的问题,基于Hamilton理论提出一种四轮驱动四轮转向无人车路径跟踪分层控制方法.通过集成车辆动力学模型和路径跟踪模型,建立了路径跟踪误差模型,结合系统控制目标,提出采用Hamilton理论设计车辆上层控制器,用于实现路径跟踪误差模型的镇定,从而提高车辆路径跟踪的精度与鲁棒性.同时,在下层控制器中,设计4个车轮纵向轮胎力分配算法,通过轮胎力的动态分配满足车辆上层控制需求.利用CarSim和Simulink搭建车辆路径跟踪联合仿真模型并进行仿真实验,仿真结果表明,提出的无人车路径跟踪分层控制策略能够通过前后轮转角以及4个轮胎力的实时控制与分配,抑制路径跟踪过程中的横向误差和航向误差,提高路径跟踪精度并确保控制系统的可靠性.