脉动横风对高速列车平稳运行的影响

为研究高速列车在脉动横风作用下的平稳运行问题,基于多刚体动力学及空气动力学理论,建立了高速列车八辆编组动力学模型及空间脉动横风载荷模型,并分别给予了模型验证。基于该模型,探究了脉动横风下的列车运行基本特性及该条件下的车速与风速安全限值。结果表明:多体动力学与随机风速模拟结合的分析方法是有效的;空间脉动横风载荷加剧了车辆3 Hz内低频振动并激起了1 Hz附近的峰值区;编组车辆中,列车气动三分力参数差异导致编组内响应呈现差异,多数情况下头车动力响应最明显;预设条件下,车速限值为355 km/h,风速限值为33.5 m/s。     

车轮踏面常规磨耗对高速列车动力学性能的影响

利用线路跟踪试验采得的车轮常规磨耗数据,通过动力学仿真分析了高速列车在不同磨耗阶段时的横向稳定性、运行平稳性和曲线通过性能。以国内某型高速列车为研究对象,利用多体动力学软件VI-rail建立了高速列车动力学模型,并验证了模型的有效性。根据线路跟踪实测数据,获得了车轮镟修后4种不同磨耗阶段下的踏面形状数据。研究不同磨耗程度下车辆运行速度对模型动力学性能的影响,分析车轮动力学性能参数随速度及磨耗量的变化规律。仿真结果发现,车轮踏面磨耗对临界速度、脱轨系数、轮轨横向力及横向平稳性的影响较大,而对轮重减载率、垂向平稳性指标影响较小。研究结果对高速列车踏面外形的优化及踏面检修具有一定的指导意义。     

基于UM的高速动车组悬挂参数与动力学性能匹配性研究

为提高高速列车动力学性能,对车辆悬挂参数进行了优化研究.基于多体动力学建模理论和UM软件,完成车辆动力学模型的建立及线路,轮轨参数设置等.选取悬挂参数Kpx,Kpy,Kpz,Ksx,Ksy,Ksz,Csx和Csz为优化目标,运用控制变量法和变化系数法,对悬挂参数进行优化;用优化后的参数进行动力学仿真分析,与优化前的动力学性能指标对比,车辆的动力学性能得到改善,悬挂参数优化成功.     

高速列车刚柔耦合动力学仿真分析

研究了高速列车弹性车体对整车动力学性能的影响。为分析弹性车体对列车运行的影响,首先建立了车体有限元模型,计算了车体的模态,并生成模态中性文件将其导入VI-Rail软件,然后将柔性车体和前、后转向架子系统组装成刚柔耦合整车模型,分析了其对运动稳定性、运行平稳性、运行安全性的影响。通过与刚性车体动力学模型仿真结果的对比表明:弹性车体模型会使整车各项动力学性能指标略大于刚性车体模型。     

高速时转向盘角阶跃工况下电动轮汽车EPS与DYC的协调控制方法

为了保证电动轮汽车在高速时转向盘角阶跃工况下的操纵稳定性与行驶安全性,对电动助力转向(electric power steering,EPS)与直接横摆力矩控制(direct yaw moment control,DYC)开展联合研究,并提出一种新型的电动轮汽车EPS与DYC的协调控制方法:根据横摆角速度与质心侧偏角等车辆运动参数,经上层控制器滑模变结构控制获取协调控制权重系数K和附加横摆力矩,通过协调控制权重系数K对EPS输出的转向助力矩进行修正,同时由附加横摆力矩对4轮的纵向力进行DYC分配。利用Car Sim软件和Matlab/Simulink软件分别建立整车机械动力学模型和整车协调控制模型,将两模型联立后开展联合仿真。仿真结果表明:将EPS与DYC进行协调控制,不仅可显著提高电动轮汽车在高速时转向盘角阶跃工况下的方向稳定性,而且通过协调权重系数K适当削弱了转向助力矩,可避免在高速工况下由于驾驶员心理紧张而造成的误操作。     

基于仿真的铁路车轮不圆度安全限值研究

为了研究高速列车车轮踏面不圆度的安全限值,基于车辆轨道垂横向耦合动力学理论,采用车辆动力学仿真分析软件ADAMS/Rail,建立了考虑车轮非圆化状态下的整车车辆/轨道空间耦合动力学模型。分析计算高速运行状态下常见车轮踏面不圆顺问题所导致的车辆轨道系统轮轨冲击振动特征,及其随列车运行速度的变化规律,给出了车速200～350 km/h 时轮轨作用力响应峰值与车轮不圆度之间的关系,确定了高速行车条件下车轮不圆度的临界范围。该研究可为基于轮轨作用力监测的车轮不圆顺状态识别提供理论指导。     

高速铁路缓和曲线行车动力性能对比分析

针对三次抛物线、半波正弦和一波正弦3种线型的铁路缓和曲线，以不同的列车运行速度变化规律建立了3种不同的分析工况,理论计算了车体横向加速度时变率。利用铁道车辆系统动力学数值仿真软件，建立了具有93个自由度的单节高速车模型，同时考虑轨道不平顺的影响，仿真计算了车体横向加速度时变率，对比分析了3种不同工况下缓和曲线上车体横向加速度时变率的变化情况。结果表明，在未考虑轨道不平顺时，列车以变化的速度运行，半波正弦更具优势，在车站两端加减速地段可以考虑采用半波正弦型缓和曲线，以提高旅客乘坐舒适度；轨道不平顺对高速行车     

半挂汽车列车高速侧向稳定性控制研究

为提高半挂汽车列车高速变道行驶时的侧向稳定性,开展了挂车车轮主动转向控制研究。考虑侧风干扰和车身侧倾,建立挂车主动转向半挂汽车列车的5自由度车辆模型;以挂车的质心侧偏角和挂车质心处的侧向加速度为控制目标,设计挂车车轮主动转向的鲁棒控制器;为验证所设计控制器的有效性,基于搭建的TruckSim与Simulink联合仿真平台,在高速单移线和双移线行驶工况下,仿真研究挂车车轮主动转向的半挂汽车列车侧向动力学特性和挂车跟踪牵引车轨迹的跟随性。研究表明,所设计的挂车车轮主动转向鲁棒控制器是有效的,它能有效抑制变道时传统半挂汽车列车出现的挂车"过冲"现象,提高挂车跟踪牵引车轨迹的跟随性,并显著降低半挂汽车列车的质心侧偏角、侧向加速度和车身侧倾角。     

基于LuGre摩擦理论的动态轮胎模型研究

基于LuGre动态摩擦理论,建立了用于研究车辆动力学特性的动态轮胎模型,推导了车辆轮胎纵向力和侧向力的表达式,以此作为基础进行整车动力学的模拟仿真。采用遗传算法对轮胎模型中的稳态及动态参数进行辨识,比较分析了模型参数对模型精度的影响。利用Matlab/Simulink建立起自由度整车动力学模型,通过进行转弯制动仿真来对本文所建立的轮胎模型进行了验证。结果表明:本文所建立的动态轮胎模型准确度较好,能够用于车辆动态性能仿真研究。     

四轮独立驱动电动汽车直接横摆力矩控制

为提高四轮独立驱动电动汽车横摆稳定性,在考虑纵向车速控制的基础上设计了直接横摆力矩控制策略。该控制策略由上下两层组成,上层控制器为基于车辆运行状态反馈的附加横摆力矩控制器,其控制方式为通过实际反馈的车辆状态参数与参考值对比,设计线性二次型调节器(LQR)计算目标附加横摆力矩。下层控制器为基于路面附着条件及前后轴荷比的轮毂电机转矩分配控制器。通过CarSim与Simulink建立联合仿真模型,选择双移线和正弦输入2种工况进行仿真试验。结果表明:所设计的控制策略能够使车辆质心侧偏角和横摆角速度较好地跟随参考值,可有效避免车辆侧滑失稳,提高车辆横摆稳定性和行驶安全性;与PID控制相比,LQR控制能够更有效地抑制横摆角速度振荡峰值。     

基于人机共驾的车道保持驾驶辅助系统

针对驾驶员因疲劳、分心以及横向风等因素,无意识地使车辆偏离车道线的问题,提出了一种通过固定的共驾系数实现辅助驾驶系统与驾驶员之间人机共驾的车道保持驾驶辅助系统研究方法。为了模拟驾驶员分心、疲劳状态,建立了驾驶员模型。在驾驶员模型的基础上,采用分层控制方法设计车道保持驾驶辅助系统。上层控制器利用模型预测控制方法设计转向角矫正策略;下层控制器根据上层控制器计算的期望横摆力矩对车辆进行防侧翻稳定性控制。搭建CarSim与Matlab/Simulink联合仿真平台,设计不同行驶工况,并分别采用人工驾驶和辅助驾驶2种方式进行仿真试验,仿真结果表明:无论在高速、低速或者低附着系数路面,当人工驾驶的车辆偏离车道中心线时,驾驶辅助系统均能及时矫正车辆的行驶方向,保证车辆稳定地跟踪车道线。     

基于虚拟试车场的变速器载荷模拟

基于Adams/Car的环境进行了汽车整车虚拟仿真试验。建立了道路模型、轮胎模型、驾驶员模型和整车多体动力学模型并集成,利用Adams/Solver求解器对模型进行仿真计算,对得到的数据进行筛选处理,导入Matlab中模拟变速器在不同路面上所受的载荷。采用周期图法估计的功率谱,使用数理统计方法得出模拟的变速器载荷的特征值,最后把模拟结果与ETA/VPG的仿真数据进行分析对比。结果表明:建立的道路模型有较高的精度,模拟得到的变速器载荷有一定的准确性,对变速器开发初期的虚拟试验具有参考价值。     

直线振动筛的动力学和疲劳分析

基于Lagrange法建立振动筛系统动力学模型,并求解其响应.利用多体动力学软件对直线振动筛进行运动仿真分析,求出振动筛在激振力作用下的振动位移、速度、加速度及动画直观显示振动筛的运动情况.在此基础上,根据运动学分析载荷,建立振动筛的有限元分析模型并进行静力学和疲劳分析.该方法实现了运动分析、强度分析、疲劳分析的结合,为开发高可靠性、高性能的大型振动筛提供了依据.     

基于ADAMS和ANSYS的自行车车架分析

为分析自行车车架在危险冲击载荷作用下的安全性,使用三维造型软件建立了自行车车架前叉组合的三维实体模型,在ADAMS中完成虚拟样机的建立。为使仿真过程与实际情况更加接近,将车架作为柔性体处理。完成运动学分析后将提取的载荷文件导入ANSYS对车架加载,进行有限元分析。根据应力结果对车架结构设计进行安全性评估,对车架的结构设计提出改进方案,确保车架结构安全性和经济性。     

基于MPC算法的车辆自适应巡航系统分层控制研究

以前车加速度为参考,考虑跟车效率、行车安全性等因素,建立了车辆的自适应巡航控制策略;设计了基于模型预测控制算法(MPC)计算期望加速度的上层控制器;建立了逆纵向动力学模型计算节气门开度或制动力,实现自适应巡航功能的下层控制器。通过Matlab/Simulink和Carsim软件的联合仿真对巡航工况、巡航-跟车综合工况进行验证,结果表明:该控制方法能够使车辆获得理想的巡航速度,实现车辆在安全车距下较好地跟踪前车。     

高速列车异步牵引电机谐波转矩的分析与计算

由逆变器供电的高速列车大功率牵引电机在运行过程中存在大量谐波,导致电机转速发生振荡,最终对车辆系统动力学特性产生影响。针对该问题,从异步电机运行的电磁理论出发,分析了产生时间谐波转矩的机理,在研究基波谐波等效电路的基础上,提出了谐波电路中参数的计算方法。导出了异步电机基波电磁转矩、谐波电磁转矩的计算公式;获得各阶谐波转矩的时域及频域分布。通过计算实例对异步电机谐波转矩进行分析和计算,为进一步研究谐波转矩对车辆系统动力学的影响打下了基础。     

基于多智能体的货物运输调度模型

应用MATSim（Multi-Agent Transport Simulation,多智能体运输仿真）技术,研究微观仿真和基于智能体的方法在交通政策分析中的应用.将货物运输车辆整合到MATSim运输仿真软件,建立了一个基于Multi-Agent的货物运输调度模型其中,将物流决策Agent分成运输服务提供商Agent和承运商Agent两类.这种货物运输调度模型,通过多智能体运输仿真迭代运行,得到了将货物从起始地运往目的地的最佳物流决策及行驶路线.应用案例分析,虚构一个货运经营商,为客户提供运输服务,验证了货物运输可以在不同的运输条件和政策措施下进行仿真.     

开关磁阻式轮毂电机驱动电动汽车悬架系统振动抑制

针对开关磁阻式轮毂电机驱动电动车非簧载质量大幅增加,以及开关磁阻电机转矩波动产生垂向振动,与路面激励一起影响车辆的平顺性及车轮抓地性能等问题,提出频率滤波加权控制算法以改善车辆平顺性及车轮动载荷。建立了同时考虑电机转矩波动及路面不平度双重激励的动力学模型,分别以Sky-hook和Ground-hook为平顺性及车轮动载荷控制理想参照,设计频率滤波加权函数,使系统在激振频率接近车身固有频率的频带内以改善平顺性为主,而激振频率在接近车轮固有频率的频带内以提高车辆附着安全性为主。仅电机转矩波动、电机转矩波动与路面不平度双重激励等工况下的仿真结果表明:所提出的频率滤波加权控制算法具有良好的路面适应性,能有效降低车身加速度及车轮动载荷,改善车辆的行驶平顺性及附着安全性。     

铁路货车轴承内圈故障动力学仿真分析

以我国铁路货运列车的主力轴承——197726型轴承为研究对象,开展故障轴承动力学建模和仿真分析,探索轴承动力学响应特性随故障尺寸的变化规律。综合考虑轴承内部结构、约束关系、摩擦润滑和载荷条件,建立了轴承内圈存在滚道损伤故障时的刚-柔耦合动力学模型,并通过轮对跑合实验及包络谱分析验证了模型的有效性。最后,通过一系列动力学仿真分析,研究了轴承动力学响应特性。研究结果表明,随着内圈故障尺寸的增大,保持架晃动增强,对轴承正常运行起到阻碍作用;当故障尺寸增加到一定程度时,内圈故障处变形量、滚子质心波动、滚子与内外圈接触力均出现突变趋势,反映了内圈损伤程度大小可以通过轴承零部件动力学响应的变化趋势来判断。研究对货运列车轴承故障诊断和损伤程度精确识别具有理论指导意义。     

提取悬架连接点载荷的等效模型提载法

提出了一种基于有限元分析软件Abaqus的悬架连接点载荷提取方法,即等效模型提载法。以四连杆悬架为例,建立了基于Abaqus的悬架完整模型及等效模型,分析了建立等效模型的依据,建立了基于多体动力学分析软件Adams的悬架模型。分别提取出各模型在典型工况下的硬点载荷进行对比,发现等效模型与完整模型的载荷值十分接近,验证了悬架等效模型提载法的准确性,并简要讨论了各模型之间载荷值差异的原因。该悬架等效模型提载法简单快速,对缩短悬架的开发周期具有重要意义。