车辆悬挂系统非线性振动特性研究

摘要

随着铁路运输的飞速发展和人民生活水平的不断提高,人们对列车的运行速度与舒适性提出了更高的要求,车辆运行速度的不断提高所引起的振动问题也日益突出。车辆悬挂系统的性能直接影响到车辆行驶的安全性与平稳性,因此研究悬挂系统对车辆振动特性的影响就显得尤为重要。本文以简化的1/4车辆系统模型为研究对象,对非线性悬挂系统的车辆振动特性进行了深入研究,论文主要工作如下:
　　1.综述了非线性振动研究概况和悬挂系统研究的国内外动态、研究成果及主要存在的问题,阐述了本文研究的主要内容。
　　2.对车辆悬挂系统的结构以及分类做了简要的介绍,分析了车辆悬挂系统的非线性特性以及当前悬挂系统的控制策略。
　　3.针对简化的单自由度车辆模型,运用同伦分析方法得到了系统的幅频响应特性,分析了轨道激励幅值与非线性因素对车辆共振曲线的影响。通过与数值仿真相对比,验证了同伦分析方法对于求解一类单自由度受迫运动方程的有效性。利用 Melnikov方法对系统发生混沌的区域进行了解析预测,得到了发生混沌时的轨道激励的阈值。分析了悬挂系统的非线性因素对混沌区域的影响。
　　4.针对非线性悬挂系统建立了1/4车体的两自由度模型,运用同伦分析方法对非线性方程组进行了求解,通过 Matlab编程对数值解与解析解进行了对比分析。分析了悬挂系统的非线性因素、轨道激励幅值以及车辆的载荷对车辆振动特性的影响。利用Routh-Hurwits判据式与Lyapunov理论研究了车辆的稳定性,得到本文所研究的非线性悬挂系统的车辆是稳定的,在一定范围内,随着非线性参数的变化,系统并不会发生混沌。
　　5.在Matlab/Simulink环境下对美国与德国轨道谱进行了时域模拟。建立了两自由度车辆系统的Simulink模型,对车辆的振动进行了仿真分析。提出了线性相对控制与基于磁流变阻尼器半主动控制两种控制方案。在随机轨道激励下,对两种控制方案的控制效果进行了对比。另外,为了研究突然的大振幅激励的影响,对阶跃轨道激励下的控制效果进行了分析。最后的结果都表明,线性相对控制的效果好于被动悬挂,而基于磁流变阻尼器半主动控制的效果又要好于线性相对控制。

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1 绪论

1.1 选题的背景与意义

1.2 非线性振动研究概述

1.3 车辆悬挂系统的研究现状及存在问题

1.4 本文的研究内容和重点

2 悬挂系统概述

2.1 车辆悬挂系统的结构与分类

2.2 悬挂系统的非线性特性描述

2.3 悬挂系统的控制策略

2.4 本章小结

3 单自由度车辆悬挂系统的非线性振动特性研究

3.1 单自由度车辆系统的建模

3.2 单自由度车辆系统动力学方程的同伦算法

3.3 系统发生混沌的临界条件

3.4 本章小结

4 两自由度车辆悬挂系统的非线性振动特性分析

4.1 两自由度车辆系统的建模

4.2 两自由度车辆系统动力学方程的同伦算法

4.3系统的振动特性分析

4.4 稳定性分析

4.5 本章小结

5 两自由度车辆系统的Simulink仿真及控制

5.1 轨道不平顺功率谱

5.2 轨道不平顺的时域模拟

5.3 随机激励下的Simulink仿真分析

5.4 随机激励下的车辆系统振动的控制研究

5.5 阶跃轨道激励下的车辆系统振动控制研究

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 本文的结论

6.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读论文期间的研究成果