鐵道車輛空氣彈簧動力學特性及其主動控制研究.pdf

1、提高列車運行速度是鐵路運輸發(fā)展中始終追求的目標。隨著列車速度的不斷提高，對車輛運行品質提出了更高的要求。轉向架動力學性能是確保車輛具有良好運行品質的關鍵，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、阻尼可控、降噪吸振能力好、使用壽命長等優(yōu)點，逐漸代替鋼圓簧作為二系懸掛系統(tǒng)的關鍵部件，近年來在軌道車輛上得到了廣泛應用。而空氣彈簧阻尼可控的特性為對其進行半主動控制，進一步提高車輛的運行平穩(wěn)性提供了可能。

2、 半主動控制是近年來運用到機車車輛研究領域的一門新技術，其為進一步提高機車車輛動力學性能開辟了新的途徑，為機車車輛動力學性能各個方面日益突出的矛盾提供了解決的可能。合理的半主動懸掛系統(tǒng)設計可以在不影響機車車輛穩(wěn)定性和曲線通過性能的前提下改善機車車輛運行平穩(wěn)性，以滿足車輛高速運行的要求。 本文基于有限元和現(xiàn)代控制理論對空氣彈簧懸掛系統(tǒng)垂向力學特性、半主動控制控制器的設計和懸掛系統(tǒng)的計算機仿真等進行分析研究，主要研究內容如下：

3、 (1)針對空氣彈簧的特點，對其熱力學特性、垂直剛度特性和阻尼特性進行了系統(tǒng)的理論分析，得出了空氣彈簧力學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、流固耦合等對其動力學特性影響較大的非線性問題，并提出了進行力學特性分析時相應的建模方法； (3)采用現(xiàn)代有限元分析技術，以目前國內廣泛應用的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，主要對其垂向力學特性進行了仿真分析，為空氣彈簧的設計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、預測控制、決策控制、自適應控制、H_控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡控制等半主動控制策略的基本原理及其在半主動控制懸掛系統(tǒng)中的具體應用。通過綜合比較最終確定采用最優(yōu)控制技術來對空氣彈簧二系懸掛系統(tǒng)進行半主動控制； (5)建立了車輛垂向半主動懸掛系統(tǒng)完整的數(shù)學模型。包括1/4車輛半主動控制數(shù)

5、學模型、整車半主動控制數(shù)學模型和測控系統(tǒng)輸入輸出通道模型； (6)運用半主動控制技術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控制方案，并運用計算機軟件SIMULINK對半主動控制空氣彈簧懸掛系統(tǒng)進行了計算機仿真分析。結果表明所設計出的控制器能有效降低車輛的垂向振動，提高了其運行平穩(wěn)性； (7)進一步對控制器的性能影響因素進行分析，提出了