高速車輛柔性車體動(dòng)力學(xué)及懸掛系統(tǒng)半主動(dòng)控制研究.pdf

1、高速化和輕量化已成為我國(guó)高速列車發(fā)展的主要方向，無(wú)論是在運(yùn)行時(shí)間、經(jīng)濟(jì)效益以及節(jié)約資源等方面的益處是不言而喻的。然而高速化導(dǎo)致車輛振動(dòng)頻率增大；輕量化不但引起車體結(jié)構(gòu)剛度的下降而且致使結(jié)構(gòu)變形明顯，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)自振頻率降低、彈性振動(dòng)升高，容易與高速化引起的高頻激擾發(fā)生共振，同時(shí)，彈性變形對(duì)車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能的影響不容忽視，尤其是對(duì)以中空輕質(zhì)鋁合金材料制成的動(dòng)車組車體的影響更為明顯，因此，考慮車體的柔性特質(zhì)，在避開(kāi)發(fā)生共振的同時(shí)還能夠較真

2、實(shí)的揭示車輛在運(yùn)行時(shí)的動(dòng)力學(xué)特性。
　　本文以某型高速車輛為研究對(duì)象，通過(guò)建立該車型的多剛體模型和剛?cè)狁詈夏Ｐ停瑢?duì)兩種模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)性能比較、分析，得出柔性車體動(dòng)力學(xué)特性，并將車輛懸掛系統(tǒng)開(kāi)關(guān)型半主動(dòng)控制與模糊控制相結(jié)合，搭建連續(xù)型半主動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)車輛二系懸掛系統(tǒng)中的橫向、垂向減振器實(shí)施控制，以達(dá)到優(yōu)化車體橫向、垂向振動(dòng)的目的。其詳細(xì)論述如下：
　　首先，建立某型高速車輛的多剛體模型。將車輛考慮成具有31自由度的多剛體模型

3、，在以德國(guó)低干擾譜為激勵(lì)的直線軌道和曲線軌道上的運(yùn)行情況下進(jìn)行仿真和計(jì)算，在直線軌道上分析車輛橫向、垂向振動(dòng)加速度特性(主要包括車輛運(yùn)行平穩(wěn)性sperling指標(biāo)、加速度均方值RMS指標(biāo)以及最大加速度幅值)，得出以350km/h、300km/h、250km/h以及200km/h等不同速度下車體運(yùn)行平穩(wěn)性指標(biāo)；并在曲線軌道上獲得車輛曲線通過(guò)能力以及在不同圓曲線半徑下的安全特性等指標(biāo)。
　　其次，建立與多剛體模型相對(duì)應(yīng)的剛?cè)狁詈夏Ｐ汀?/p>

4、將車體考慮成箱型薄壁簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，建立車體三維實(shí)體模型，對(duì)其網(wǎng)格劃分、材料屬性定義、耦合點(diǎn)創(chuàng)建等，并對(duì)車體進(jìn)行自由模態(tài)計(jì)算、子結(jié)構(gòu)分析，運(yùn)用超單元實(shí)現(xiàn)模態(tài)縮聚，生成柔性車體的輸入文件(*.FBI)，完成剛?cè)狁詈夏Ｐ徒??；趦煞N模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)特性對(duì)比分析，結(jié)果表明：剛?cè)狁詈夏Ｐ痛瓜?、橫向振動(dòng)評(píng)判指標(biāo)均大于多剛體模型；在直線軌道上，柔性車體在特定頻率下產(chǎn)生的彈性激振對(duì)車輛運(yùn)行平穩(wěn)性影響明顯、乘坐舒適性惡化；在曲線軌道上，車體彈性振動(dòng)對(duì)車輛的

5、運(yùn)行安全性也具有一定的影響。為了改善旅客乘坐舒適性及車輛運(yùn)行安全性，本文建立連續(xù)性半主動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行車輛動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)化。
　　最后，建立連續(xù)型半主動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行柔性車體振動(dòng)控制。(1)在MATLAB/SIMULINK中建立模糊邏輯控制器；(2)以車體前、后端減振器位置處的振動(dòng)速度和相應(yīng)位置處車體與構(gòu)架之間的相對(duì)速度為控制量，以控制器輸出阻尼為輸出量與車體和構(gòu)架的相對(duì)速度做乘法運(yùn)算并將其結(jié)果作為二系懸掛垂向、橫向阻尼力；(3)對(duì)剛?cè)?/p>