高速鐵道車輛半主動懸掛系統(tǒng)動力學(xué)建模優(yōu)化與仿真分析.pdf

1、隨著國內(nèi)外高速鐵路技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)旅客列車的運(yùn)行速度不斷提高，既有線提速客車時(shí)速已超過200km/h，新建高速鐵路列車車速已達(dá)到300km/h以上。隨著列車速度的提高，輪/軌間作用不斷加劇，車輛運(yùn)動穩(wěn)定性、運(yùn)行平穩(wěn)性以及安全性能受到了嚴(yán)重威脅。如何在高速運(yùn)行環(huán)境下有效抑制車體振動，減小蛇行運(yùn)動幅值，提高乘客的乘坐舒適性能，增加安全裕量是一項(xiàng)重要的研究內(nèi)容。
　　本文以減小車體橫向振動、提高非線性臨界速度和增加安全裕量為目的，從高速

2、鐵道車輛建模、懸掛系統(tǒng)優(yōu)化、磁流變阻尼器建模與半主動控制角度，全面分析了基于磁流變阻尼器的半主動控制系統(tǒng)對高速運(yùn)行狀況下的車輛動力學(xué)性能的影響情況。主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)為了找到最佳的懸掛匹配關(guān)系以同時(shí)保證鐵道車輛的運(yùn)動穩(wěn)定性、運(yùn)行平穩(wěn)性和曲線通過性能，首先采用ADAMS-Matlab聯(lián)合設(shè)計(jì)的方法建立高速鐵道車輛懸掛系統(tǒng)參數(shù)化模型，然后采用多目標(biāo)遺傳算法對懸掛系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，采用平均值篩選法和容差設(shè)計(jì)方法在多組Pareto

3、解中找出最優(yōu)懸掛參數(shù)，使優(yōu)化后的懸掛系統(tǒng)在保證車輛具有良好運(yùn)行平穩(wěn)性的同時(shí)，顯著提高模型的運(yùn)動穩(wěn)定性和曲線通過性能。
　　(2)在獲得磁流變阻尼器力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用遺傳算法和非線性無約束最優(yōu)算法成功地對磁流變阻尼器Bouc-Wen模型進(jìn)行了參數(shù)識別，并對識別結(jié)果進(jìn)行了泛化性檢驗(yàn)。針對力學(xué)模型模擬磁流變阻尼器逆向特性困難這一問題，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)模擬磁流變阻尼器運(yùn)行狀態(tài)與所需電流強(qiáng)度之間的非線性映射關(guān)系，并采用遺傳算法優(yōu)

4、化了逆向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的權(quán)值和閾值。最后將磁流變阻尼器正向、逆向模型成功應(yīng)用于1/4車半主動懸掛系統(tǒng)中，取得了很好的控制效果。
　　(3)針對半主動開-關(guān)控制易導(dǎo)致高頻顫振的缺點(diǎn)，分別建立了天棚阻尼控制、加速度阻尼控制、RS(Rakheja-Sankar)控制和天棚-加速度混合控制的連續(xù)型半主動控制策略，并分別采用1/4車模型和整車模型對高速運(yùn)行狀況下的幾種半主動控制策略進(jìn)行了仿真分析。分析結(jié)果表明：天棚阻尼控制在低頻區(qū)控制效果好，

5、加速度控制在中、高頻區(qū)域控制效果好，而天棚阻尼-加速度混合控制兼?zhèn)涮炫镒枘峥刂坪图铀俣瓤刂频膬?yōu)勢。與普通半主動控制相比，連續(xù)型控制能將阻尼器狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)的大幅“跳動”現(xiàn)象大大減少，使不同狀態(tài)之間的切換更加平滑，有效緩解高頻顫振現(xiàn)象。
　　(4)建立更加接近真實(shí)狀況的基于磁流變阻尼器的高速鐵道車輛半主動懸掛系統(tǒng)，分析磁流變阻尼器及半主動控制策略對車輛系統(tǒng)的運(yùn)行平穩(wěn)性、運(yùn)動穩(wěn)定性和曲線通能力的影響。仿真結(jié)果顯示，連續(xù)型天棚加速度混合控制