鐵道車輛空氣彈簧動(dòng)力學(xué)特性及其主動(dòng)控制研究.pdf

1、提高列車運(yùn)行速度是鐵路運(yùn)輸發(fā)展中始終追求的目標(biāo)。隨著列車速度的不斷提高，對(duì)車輛運(yùn)行品質(zhì)提出了更高的要求。轉(zhuǎn)向架動(dòng)力學(xué)性能是確保車輛具有良好運(yùn)行品質(zhì)的關(guān)鍵，其主要取決于其懸掛裝置的特性及參數(shù)匹配?？諝鈴椈删哂凶哉耦l率低、剛度可調(diào)、阻尼可控、降噪吸振能力好、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，逐漸代替鋼圓簧作為二系懸掛系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，近年來(lái)在軌道車輛上得到了廣泛應(yīng)用。而空氣彈簧阻尼可控的特性為對(duì)其進(jìn)行半主動(dòng)控制，進(jìn)一步提高車輛的運(yùn)行平穩(wěn)性提供了可能。

2、 半主動(dòng)控制是近年來(lái)運(yùn)用到機(jī)車車輛研究領(lǐng)域的一門新技術(shù)，其為進(jìn)一步提高機(jī)車車輛動(dòng)力學(xué)性能開(kāi)辟了新的途徑，為機(jī)車車輛動(dòng)力學(xué)性能各個(gè)方面日益突出的矛盾提供了解決的可能。合理的半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以在不影響機(jī)車車輛穩(wěn)定性和曲線通過(guò)性能的前提下改善機(jī)車車輛運(yùn)行平穩(wěn)性，以滿足車輛高速運(yùn)行的要求。 本文基于有限元和現(xiàn)代控制理論對(duì)空氣彈簧懸掛系統(tǒng)垂向力學(xué)特性、半主動(dòng)控制控制器的設(shè)計(jì)和懸掛系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真等進(jìn)行分析研究，主要研究?jī)?nèi)容如下：

3、 (1)針對(duì)空氣彈簧的特點(diǎn)，對(duì)其熱力學(xué)特性、垂直剛度特性和阻尼特性進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析，得出了空氣彈簧力學(xué)特性的主要影響因素，空氣彈簧節(jié)流孔孔徑與其阻尼的關(guān)系； (2)分析空氣彈簧系統(tǒng)的材料非線性、幾何非線性、狀態(tài)非線性、流固耦合等對(duì)其動(dòng)力學(xué)特性影響較大的非線性問(wèn)題，并提出了進(jìn)行力學(xué)特性分析時(shí)相應(yīng)的建模方法； (3)采用現(xiàn)代有限元分析技術(shù)，以目前國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的SYS540型空氣彈簧為例，借助于ABAQUS有限元軟件建立

4、了有限元仿真分析模型，主要對(duì)其垂向力學(xué)特性進(jìn)行了仿真分析，為空氣彈簧的設(shè)計(jì)和制造提供了理論依據(jù)； (4)分析天棚阻尼控制、反饋控制、最優(yōu)控制、預(yù)測(cè)控制、決策控制、自適應(yīng)控制、H_控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等半主動(dòng)控制策略的基本原理及其在半主動(dòng)控制懸掛系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。通過(guò)綜合比較最終確定采用最優(yōu)控制技術(shù)來(lái)對(duì)空氣彈簧二系懸掛系統(tǒng)進(jìn)行半主動(dòng)控制； (5)建立了車輛垂向半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)完整的數(shù)學(xué)模型。包括1/4車輛半主動(dòng)控制數(shù)

5、學(xué)模型、整車半主動(dòng)控制數(shù)學(xué)模型和測(cè)控系統(tǒng)輸入輸出通道模型； (6)運(yùn)用半主動(dòng)控制技術(shù)分析包括空氣彈簧的1/4車輛模型和整車模型的最優(yōu)控制策略，提出了一套以調(diào)節(jié)空氣彈簧節(jié)流孔直徑從而改變懸掛系統(tǒng)阻尼為目的的半主動(dòng)控制方案，并運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件SIMULINK對(duì)半主動(dòng)控制空氣彈簧懸掛系統(tǒng)進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真分析。結(jié)果表明所設(shè)計(jì)出的控制器能有效降低車輛的垂向振動(dòng)，提高了其運(yùn)行平穩(wěn)性； (7)進(jìn)一步對(duì)控制器的性能影響因素進(jìn)行分析，提出了