轨道车辆空气弹簧节流阻尼主动控制及其半实物仿真研究

摘要

随着我国轨道交通的高速发展，对轨道车辆的运行品质的要求也越来越高。本文针对车辆二系悬挂元件——空气弹簧的阻尼特性进行了分析研究。影响车辆乘坐舒适性的主要因素是车体的垂直振动。为了描述这种振动，本文首先将车辆简化为1/4车二自由度模型，讨论并分析了车辆的振动特性以及空气弹簧阻尼参数对特性的影响。然后将车辆化简为1/2车四自由度模型，根据其车体垂直振动加速度幅频特性的折算结果，验证了二自由度分析模型的正确性。由于在某一特定条件下经参数优化得到的被动空气弹簧悬挂，不能适应轨道及车辆行驶状况等条件的变化，因而在提高行驶平顺性的研究过程中，提出通过改变空气弹簧阻尼的主动控制方法。通过研究空气弹簧的节流特性，拟合一条节流阀孔径与空气弹簧阻尼外特性曲线。利用这条曲线，设计一套空气弹簧节流阻尼模糊控制程序，并利用Matlab/simulink对其进行动力学仿真。通过对模糊控制器的仿真分析，可以看出模糊控制策略对空气弹簧二系悬挂具有较好的控制效果。最后，为了验证此控制系统的控制算法是否实际有效，本文还设计了基于DSPACE仿真软件的实验室半实物仿真系统。关键词：空气弹簧，动力学，模糊控制，半实物仿真

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第1章绪论

1.1概述

1.2国内外空气弹簧发展与现状

1.3主动控制理论

1.3.1模糊控制

1.4半实物仿真技术

1.5本文的选题及意义

1.6小结

第2章车辆振动模型与动态特性分析

2.1路面输入统计特性

2.1.1车辆的乘坐舒适性及其影响因素

2.1.2轨道不平顺的功率谱

2.1.3前后轮轨道输入的互谱

2.2二自由度系统的动态特性分析

2.2.1简化为二自由度系统的振动模型

2.2.2随机输入下的车体的振动响应计算

2.2.3阻尼参数对车体振动的影响

2.3四自由度车辆的振动模型

2.3.1四自由度系统的振动响应计算

2.3.2阻尼比参数对系统振动的影响

2.4小结

第3章空气弹簧节流特性研究

3.1空气弹簧介绍

3.1.1空气弹簧的基本结构及其模式

3.1.2空气弹簧的特点

3.2空气弹簧节流特性

3.2.1空气弹簧垂向振动模型

3.3小结

第4章可变阻尼空气弹簧模糊控制研究

4.1模糊控制理论

4.1.1隶属函数

4.1.2模糊关系和模糊矩阵

4.1.3模糊推理

4.1.4模糊判决

4.1.5模糊控制系统的稳定性

4.2模糊控制器设计

4.3模型仿真

4.3.1仿真工具

4.3.2动力学模型的建立

4.3.3空气弹簧节流特性

4.3.4仿真结果

4.4随机激励下模型仿真

4.5小结

第5章基于DSPACE半实物仿真的空气弹簧控制系统设计

5.1半实物仿真技术

5.1.1仿真技术的分类

5.1.2实时仿真和半实物仿真

5.1.3半实物仿真软件介绍

5.2试验台主体设计

5.2.1试验原理

5.2.2试验流程

5.2.3仿真控制软件设计

5.3小结

第6章研究成果与展望

6.1研究成果

6.2需要进一步展开的工作

致谢

参考文献

个人简历及已发表论文