高速列车主动悬架系统横向振动控制研究
发布时间：2021-06-23 03:33
随着我国轨道交通的发展,在列车行驶速度大幅度提升以及对车体轻量化设计的要求越来越高的背景下,人们对高速列车运行安全性和舒适性的要求也不断提高。而由于高速列车存在轨道不平顺激扰、外部环境干扰等因素,导致高速列车的横向悬挂减振控制问题日益突出,引起国内外学者高度重视。列车悬架系统减振已经成为一个经久不衰的研究课题,力争在解决高速列车安全性、平稳性的基础上不断提高乘客乘坐舒适度。高速列车悬架系统横向和纵向振动是影响列车安全运行和乘坐舒适性最主要的因素。本文主要以高速列车悬架系统横向振动为研究对象,设计了遗传算法模糊PID控制策略。具体研究内容如下:首先分析了铁道列车的研究背景下悬架系统的发展史,对比了被动悬架、主动悬架（全主动悬架）和半主动悬架。综合考虑半主动悬架和主动悬架的性能和发展前景,主动悬架的研究不仅会对半主动悬架的发展研究具有理论指导意义,同时研究主动悬架减振系统,优化主动悬架结构,试图提出新方案在列车悬架系统减振研究领域有重要意义。然后根据列车振动行进方式和运行环境,模拟分析影响高速列车主动悬架横向振动的轨道不平顺激励,选择合适的轨道谱函数进行MATLAB模拟仿真。建立高速列车主...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国高速铁路图
兰州交通大学硕士学位论文-5-主动悬架系统能耗较大的原因是主动悬架需要和外界进行能量交换，将外界能源转化为能够制约列车振动力的作动力。高速列车运行过程中运行环境复杂且振动频率很高，这就需要外界提供大量的能量，主动悬架的使用成本成了限制主动悬架系统控制的一大原因。近些年来，不断有优化改进主动悬架耗能大的策略提出，特别是近几年对馈能式主动悬架的研究.馈能式主动悬架系统的原理简单来讲就是讲将外界能源和作动力转换耗能过程中将能源回收循环使用[18,19]，这样可以减少外界能源的输入，在很大程度上节省了与外界能源交换过程中的造价。主动悬架的优势明显，越来越被重视。(a)被动悬架(b)半主动悬架(c)主动悬架图1.2列车三种悬架系统动力学结构1.2.4悬架系统分析与比较轨道列车中悬架系统连接着轮对和车体，如图1.3所示动车组动力转向架结构示意图。轮对通过和轮轨接触将外部运行环境通过悬架系统传递给车体形成振动，车体的振动最直观的表现为乘客舒适度。悬架系统传递通过轮对传递的力，同时也是衰减振动的设计。在研究列车减振时大部分研究都是着力于列车悬架系统的研究[20]。纵观列车悬架系统减振研究史，从悬架系统的衰减振动设计到控制振动的提出，到目前为止，主流悬架系统演变过程是从被动悬架到主动悬架，主动悬架又有半主动悬架[21]。本章中，对被动悬架、主动悬架和半主动悬架进行了详细的介绍。
高速列车主动悬系统架横向振动控制研究-6-图1.3动车组动力转向架结构示意图随着我国轨道交通的发展，列车车体轻量化设计及列车不断地提高，列车振动也随之加剧。高速列车减振问题也是日益重要。高速列车振动问题引起诸多问题引起国内外学者高度重视，列车悬架系统减振已经成为一个经久不衰的研究课题。力争在解决高速列车安全性、平稳性的基础上不断提高乘客乘坐舒适度[22,23]。表1.1被动、半主动和主动悬架系统特点悬架类型主动悬架被动悬架半主动悬架执行元件作动器减振器可变阻尼减振器工作原理作动器主动力阻尼力不可控调节悬架阻尼参数制造、维护成本高不高较低控制方式自动调节无自动调节目前列车应用部分横向控制普及横向、垂向控制自适应性有无有改善悬架性能好一般较好能耗多无少系统复杂程度复杂不高较复杂对列车悬架系统进行全方面的对比分析，如表1.1所列。被动悬架由于其阻尼力不可控制并且不具有自适应性，也就是说被动悬架在发生系统自身设定之外的变数时不具备纠错调节和抗干扰的能力，这就使得列车悬架系统出现失稳等安全问题。半主动悬架
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于磁流变阻尼器的车辆悬架系统控制器设计[J]. 赵新龙,秦雯,吴双江. 噪声与振动控制. 2019(04)
[2]Pendulum systems for harvesting vibration energy from railroad tracks and sleepers during the passage of a high-speed train: A feasibility evaluation[J]. Franco E.Dotti,Mauricio D.Sosa. Theoretical & Applied Mechanics Letters. 2019(04)
[3]轨道不平顺输入数值模拟实验系统设计[J]. 李广军,毛湘文,丁佳慧,刘若晨. 实验技术与管理. 2019(05)
[4]馈能悬架技术研究综述[J]. 戴建国,王程,刘正凡,朱建辉,胡晓明. 科学技术与工程. 2018(30)
[5]高速列车载荷谱推断及扩展方法研究[J]. 陈道云,孙守光,李强. 机械工程学报. 2018(10)
[6]基于鲁棒神经网络的车辆主动悬架振动控制[J]. 李虹,冯彦辉,苏莉蔚. 中国工程机械学报. 2017(04)
[7]车体弹性效应下的垂向振动特性研究[J]. 曹辉,张卫华,缪炳荣. 铁道学报. 2017(06)
[8]车辆主动惯容式动力吸振悬架系统研究[J]. 葛正,王维锐. 振动与冲击. 2017(01)
[9]一种求解车辆垂向振动系统H2/H∞多目标控制的方法[J]. 孟建军,白欢,牟健,银铭,关旭日. 系统仿真学报. 2016(12)
[10]基于混合鲁棒控制的电磁主动悬架动力学分析[J]. 张望,喻凡. 机械设计与研究. 2015(04)
博士论文
[1]高速变轨距列车动力学性能优化及半主动控制策略研究[D]. 庄娇娇.吉林大学 2019
[2]侧风作用下高速列车安全运行控制策略研究[D]. 李德仓.兰州交通大学 2019
[3]高速铁路轨道不平顺功率谱及其与行车品质关系研究[D]. 田国英.西南交通大学 2015
[4]车辆主动悬架集成控制策略研究[D]. 于显利.吉林大学 2010
[5]基于多体动力学理论的车辆主动悬挂的控制策略研究[D]. 朱浩.中南大学 2006
硕士论文
[1]便携式轨道高低不平顺检测系统的研究[D]. 范可顺.北京交通大学 2019
[2]高速列车横向半主动悬挂自适应PID控制研究[D]. 宋倩云.北京交通大学 2018
[3]高速列车半主动悬挂自适应容错控制方法的研究[D]. 袁晓春.北京交通大学 2017
[4]高速列车车辆悬架半主动控制系统研究[D]. 朱明.北京交通大学 2016
本文编号：3244142
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国高速铁路图
兰州交通大学硕士学位论文-5-主动悬架系统能耗较大的原因是主动悬架需要和外界进行能量交换，将外界能源转化为能够制约列车振动力的作动力。高速列车运行过程中运行环境复杂且振动频率很高，这就需要外界提供大量的能量，主动悬架的使用成本成了限制主动悬架系统控制的一大原因。近些年来，不断有优化改进主动悬架耗能大的策略提出，特别是近几年对馈能式主动悬架的研究.馈能式主动悬架系统的原理简单来讲就是讲将外界能源和作动力转换耗能过程中将能源回收循环使用[18,19]，这样可以减少外界能源的输入，在很大程度上节省了与外界能源交换过程中的造价。主动悬架的优势明显，越来越被重视。(a)被动悬架(b)半主动悬架(c)主动悬架图1.2列车三种悬架系统动力学结构1.2.4悬架系统分析与比较轨道列车中悬架系统连接着轮对和车体，如图1.3所示动车组动力转向架结构示意图。轮对通过和轮轨接触将外部运行环境通过悬架系统传递给车体形成振动，车体的振动最直观的表现为乘客舒适度。悬架系统传递通过轮对传递的力，同时也是衰减振动的设计。在研究列车减振时大部分研究都是着力于列车悬架系统的研究[20]。纵观列车悬架系统减振研究史，从悬架系统的衰减振动设计到控制振动的提出，到目前为止，主流悬架系统演变过程是从被动悬架到主动悬架，主动悬架又有半主动悬架[21]。本章中，对被动悬架、主动悬架和半主动悬架进行了详细的介绍。
高速列车主动悬系统架横向振动控制研究-6-图1.3动车组动力转向架结构示意图随着我国轨道交通的发展，列车车体轻量化设计及列车不断地提高，列车振动也随之加剧。高速列车减振问题也是日益重要。高速列车振动问题引起诸多问题引起国内外学者高度重视，列车悬架系统减振已经成为一个经久不衰的研究课题。力争在解决高速列车安全性、平稳性的基础上不断提高乘客乘坐舒适度[22,23]。表1.1被动、半主动和主动悬架系统特点悬架类型主动悬架被动悬架半主动悬架执行元件作动器减振器可变阻尼减振器工作原理作动器主动力阻尼力不可控调节悬架阻尼参数制造、维护成本高不高较低控制方式自动调节无自动调节目前列车应用部分横向控制普及横向、垂向控制自适应性有无有改善悬架性能好一般较好能耗多无少系统复杂程度复杂不高较复杂对列车悬架系统进行全方面的对比分析，如表1.1所列。被动悬架由于其阻尼力不可控制并且不具有自适应性，也就是说被动悬架在发生系统自身设定之外的变数时不具备纠错调节和抗干扰的能力，这就使得列车悬架系统出现失稳等安全问题。半主动悬架
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于磁流变阻尼器的车辆悬架系统控制器设计[J]. 赵新龙,秦雯,吴双江. 噪声与振动控制. 2019(04)
[2]Pendulum systems for harvesting vibration energy from railroad tracks and sleepers during the passage of a high-speed train: A feasibility evaluation[J]. Franco E.Dotti,Mauricio D.Sosa. Theoretical & Applied Mechanics Letters. 2019(04)
[3]轨道不平顺输入数值模拟实验系统设计[J]. 李广军,毛湘文,丁佳慧,刘若晨. 实验技术与管理. 2019(05)
[4]馈能悬架技术研究综述[J]. 戴建国,王程,刘正凡,朱建辉,胡晓明. 科学技术与工程. 2018(30)
[5]高速列车载荷谱推断及扩展方法研究[J]. 陈道云,孙守光,李强. 机械工程学报. 2018(10)
[6]基于鲁棒神经网络的车辆主动悬架振动控制[J]. 李虹,冯彦辉,苏莉蔚. 中国工程机械学报. 2017(04)
[7]车体弹性效应下的垂向振动特性研究[J]. 曹辉,张卫华,缪炳荣. 铁道学报. 2017(06)
[8]车辆主动惯容式动力吸振悬架系统研究[J]. 葛正,王维锐. 振动与冲击. 2017(01)
[9]一种求解车辆垂向振动系统H2/H∞多目标控制的方法[J]. 孟建军,白欢,牟健,银铭,关旭日. 系统仿真学报. 2016(12)
[10]基于混合鲁棒控制的电磁主动悬架动力学分析[J]. 张望,喻凡. 机械设计与研究. 2015(04)
博士论文
[1]高速变轨距列车动力学性能优化及半主动控制策略研究[D]. 庄娇娇.吉林大学 2019
[2]侧风作用下高速列车安全运行控制策略研究[D]. 李德仓.兰州交通大学 2019
[3]高速铁路轨道不平顺功率谱及其与行车品质关系研究[D]. 田国英.西南交通大学 2015
[4]车辆主动悬架集成控制策略研究[D]. 于显利.吉林大学 2010
[5]基于多体动力学理论的车辆主动悬挂的控制策略研究[D]. 朱浩.中南大学 2006
硕士论文
[1]便携式轨道高低不平顺检测系统的研究[D]. 范可顺.北京交通大学 2019
[2]高速列车横向半主动悬挂自适应PID控制研究[D]. 宋倩云.北京交通大学 2018
[3]高速列车半主动悬挂自适应容错控制方法的研究[D]. 袁晓春.北京交通大学 2017
[4]高速列车车辆悬架半主动控制系统研究[D]. 朱明.北京交通大学 2016
本文编号：3244142
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