课题基金 / 基金详情

高速动车组转向架主动悬挂控制理论和策略研究

批准号:
U2034210
项目类别:
联合基金项目
资助金额:
229.0 万元
负责人:
曾京
依托单位:
学科分类:
运载系统动力学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
曾京

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
转向架是高速动车组的承载和走行机构,其悬挂系统特性决定了动车组的动力学性能和最高运行速度。我国动车组持续运行速度高、时间长、地域广,运行环境复杂。长期服役过程中,悬挂系统和线路状态变化以及轮轨磨耗,影响悬挂参数和轮轨关系匹配,只能通过加大维护来保证运行性能。由于传统被动悬挂对运行环境适应能力差,因此,非常有必要采用主动悬挂来提高动车组的线路运行适应性。蛇行运动稳定性和运行平稳性决定了动车组能否高速安全行驶和乘坐舒适,本项目从提高二者性能出发,深入开展转向架主动悬挂控制理论和策略研究,并形成理论体系。揭示主动控制下动车组蛇行运动分岔机理,提出基于主动抗蛇行减振器的蛇行稳定性控制方法,以及基于半主动减振器的运行平稳性控制策略,改进动车组的线路适应性、车轮镟修周期短、蛇行稳定性不足等问题,这对保证动车组的长期服役性能和运维经济性,以及促进更高速度动车组创新研发和本学科领域的发展,都具有重要意义。
英文摘要
The bogie is the bearing and running mechanism of high-speed EMU (Electric Multiple Unit), and the characteristic of the suspension system determines the dynamic performance and maximum running speed. The EMU in China has the features of continuous high speed, long running time and wide territory with complex operation environment. In the procedure of long-term service, the matching characteristic of suspension parameters and wheel/rail relations is affected by the changes of the suspension and track conditions and the wheel/rail wear. Thus the only way is to enhance the maintenance to ensure the operating performance. As the traditional passive suspension has bad adaptability to the operation environment, it is very necessary to adopt active suspension to improve the EMU line running adaptability. Hunting stability and ride performance decides whether the EMU can operate at high speed safely and the riding comfort. Aiming at these two points, this project intensively studies the control theory and strategy of active suspensions of high-speed EMU bogies, and the theoretical framework is constructed. The bifurcation mechanism of the hunting motion of high-speed EMU under active control is revealed. The active control method of yaw damper to improve the hunting stability and the control strategy of semi-active dampers to improve the riding comfort are proposed. Then the issues related to the track adaptability, short wheel repairing cycle, and insufficient hunting stability are improved. Therefore, this work possesses great significance to ensure the dynamic behaviour and maintenance economy of EMU in long-term service, and even encourages the higher-speed EMU innovation and the related discipline development.
为开展高速动车组转向架主动悬挂控制研究,根据动车组长期服役动力学性能跟踪试验海量数据,总结了轮轨磨耗、悬挂参数、线路不平顺等对车辆动力学行为的影响规律与作用机制,探究了蛇行运动稳定性主动控制理论、方法与策略,完成了整车滚动振动台架试验和线路试验验证,实现了项目预期研究目标。项目主要创新性工作有:(1)在蛇行运动稳定性分岔机理与主动控制理论方面,构建了考虑轮轨关系和悬挂参数非线性的单转向架和整车动力学与控制理论模型,探究了主动抗蛇行减振器对车辆系统分岔行为的影响规律,掌握了状态反馈量、控制增益对车辆系统蛇行运动分岔类型、分岔点、极限环幅值和频率的影响规律;研究了控制时滞对系统稳定性及车辆动力学性能的影响规律,总结了不同控制方法的时滞敏感性及临界值。(2)在主动控制方法及策略研究方面,建立了高速车辆-主动悬挂机电耦合系统动力学模型,考虑抗蛇行减振器、横向和垂向减振器的全主动和半主动控制;掌握了PID控制、模糊控制、天棚/地棚、滑模等最优控制策略对蛇行稳定性和运行平稳性的改善效果,归纳总结了控制策略的线路适应性;研究了主动执行机构失效工况下车辆运行安全性,梳理了主动悬挂系统故障模式及其对控制效果和运行安全性的影响。(3)在主动悬挂系统试验验证方面,利用整车滚动振动试验台开展了阀控式抗蛇行减振器和横向减振器的控制试验,掌握了主动悬挂系统软硬件搭建和控制试验技术;搭载CR450高速动车组转向架动力学台架试验,验证了主动抗蛇行减振器对车辆蛇行稳定性和振动的改善效果,并验证了其余动力学参数优化设计效果;搭载某高速动车组线路试验开展了低速条件下主动悬挂系统控制试验,验证了台架试验、理论分析和仿真计算效果;进一步开展了电液式全主动抗蛇行减振器系统样机集成设计。
高速列车车体下部悬吊部件振动行为及可靠性研究
  • 批准号:
    U1334206
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    270.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    曾京
  • 依托单位:
摆式列车机电耦合系统动力学及控制
  • 批准号:
    50675182
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    28.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    曾京
  • 依托单位:
高速列车关键动力学问题的研究
  • 批准号:
    50175094
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    23.0万元
  • 批准年份:
    2001
  • 负责人:
    曾京
  • 依托单位:
国内基金
海外基金