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

1、高速化和輕量化已成為我國高速列車發(fā)展的主要方向，無論是在運(yùn)行時間、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、彈性振動升高，容易與高速化引起的高頻激擾發(fā)生共振，同時，彈性變形對車輛系統(tǒng)動力學(xué)性能的影響不容忽視，尤其是對以中空輕質(zhì)鋁合金材料制成的動車組車體的影響更為明顯，因此，考慮車體的柔性特質(zhì)，在避開發(fā)生共振的同時還能夠較真

2、實的揭示車輛在運(yùn)行時的動力學(xué)特性。
　　本文以某型高速車輛為研究對象，通過建立該車型的多剛體模型和剛?cè)狁詈夏Ｐ?，對兩種模型進(jìn)行動力學(xué)性能比較、分析，得出柔性車體動力學(xué)特性，并將車輛懸掛系統(tǒng)開關(guān)型半主動控制與模糊控制相結(jié)合，搭建連續(xù)型半主動控制系統(tǒng)，對車輛二系懸掛系統(tǒng)中的橫向、垂向減振器實施控制，以達(dá)到優(yōu)化車體橫向、垂向振動的目的。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、，在以德國低干擾譜為激勵的直線軌道和曲線軌道上的運(yùn)行情況下進(jìn)行仿真和計算，在直線軌道上分析車輛橫向、垂向振動加速度特性(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應(yīng)的剛?cè)狁詈夏Ｐ汀?/p>

4、將車體考慮成箱型薄壁簡支梁結(jié)構(gòu)，建立車體三維實體模型，對其網(wǎng)格劃分、材料屬性定義、耦合點創(chuàng)建等，并對車體進(jìn)行自由模態(tài)計算、子結(jié)構(gòu)分析，運(yùn)用超單元實現(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?。基于兩種模型進(jìn)行動力學(xué)特性對比分析，結(jié)果表明：剛?cè)狁詈夏Ｐ痛瓜?、橫向振動評判指標(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，車體彈性振動對車輛的

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)性半主動控制系統(tǒng)進(jìn)行車輛動力學(xué)性能優(yōu)化。
　　最后，建立連續(xù)型半主動控制系統(tǒng)進(jìn)行柔性車體振動控制。(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速度和相應(yīng)位置處車體與構(gòu)架之間的相對速度為控制量，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)對剛?cè)?/p>