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原文传递高速车辆柔性车体动力学及悬挂系统半主动控制研究

论文题名：	高速车辆柔性车体动力学及悬挂系统半主动控制研究
关键词：	车体动力学;高速列车;刚柔耦合;悬挂系统;半主动控制
摘要：	高速化和轻量化已成为我国高速列车发展的主要方向，无论是在运行时间、经济效益以及节约资源等方面的益处是不言而喻的。然而高速化导致车辆振动频率增大；轻量化不但引起车体结构刚度的下降而且致使结构变形明显，从而导致结构自振频率降低、弹性振动升高，容易与高速化引起的高频激扰发生共振，同时，弹性变形对车辆系统动力学性能的影响不容忽视，尤其是对以中空轻质铝合金材料制成的动车组车体的影响更为明显，因此，考虑车体的柔性特质，在避开发生共振的同时还能够较真实的揭示车辆在运行时的动力学特性。　　本文以某型高速车辆为研究对象，通过建立该车型的多刚体模型和刚柔耦合模型，对两种模型进行动力学性能比较、分析，得出柔性车体动力学特性，并将车辆悬挂系统开关型半主动控制与模糊控制相结合，搭建连续型半主动控制系统，对车辆二系悬挂系统中的横向、垂向减振器实施控制，以达到优化车体横向、垂向振动的目的。其详细论述如下：　　首先，建立某型高速车辆的多刚体模型。将车辆考虑成具有31自由度的多刚体模型，在以德国低干扰谱为激励的直线轨道和曲线轨道上的运行情况下进行仿真和计算，在直线轨道上分析车辆横向、垂向振动加速度特性(主要包括车辆运行平稳性sperling指标、加速度均方值RMS指标以及最大加速度幅值)，得出以350km/h、300km/h、250km/h以及200km/h等不同速度下车体运行平稳性指标；并在曲线轨道上获得车辆曲线通过能力以及在不同圆曲线半径下的安全特性等指标。　　其次，建立与多刚体模型相对应的刚柔耦合模型。将车体考虑成箱型薄壁简支梁结构，建立车体三维实体模型，对其网格划分、材料属性定义、耦合点创建等，并对车体进行自由模态计算、子结构分析，运用超单元实现模态缩聚，生成柔性车体的输入文件(*.FBI)，完成刚柔耦合模型建立。基于两种模型进行动力学特性对比分析，结果表明：刚柔耦合模型垂向、横向振动评判指标均大于多刚体模型；在直线轨道上，柔性车体在特定频率下产生的弹性激振对车辆运行平稳性影响明显、乘坐舒适性恶化；在曲线轨道上，车体弹性振动对车辆的运行安全性也具有一定的影响。为了改善旅客乘坐舒适性及车辆运行安全性，本文建立连续性半主动控制系统进行车辆动力学性能优化。　　最后，建立连续型半主动控制系统进行柔性车体振动控制。(1)在MATLAB/SIMULINK中建立模糊逻辑控制器；(2)以车体前、后端减振器位置处的振动速度和相应位置处车体与构架之间的相对速度为控制量，以控制器输出阻尼为输出量与车体和构架的相对速度做乘法运算并将其结果作为二系悬挂垂向、横向阻尼力；(3)对刚柔耦合模型中的车体横向、垂向振动进行控制并将半主动控制结果和被动控制结果进行对比分析，结果表明其改善效果明显。
作者：	张成功
专业：	车辆工程
导师：	石广田
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文