基于Simulink的悬挂式单轨车辆运行仿真分析

摘要

在21世纪的今天，城市化进程已属于时代的主流。面对日益突出的城市病问题，城市轨道交通已成为如今主要的解决方案之一。悬挂式单轨交通系统属于城市轨道交通的一种，又称空轨，即车体运行于轨道梁下方，轨道梁由钢铁或水泥立柱支撑。它只将轨道移至空中，克服了其他轨道交通系统的弊病，在建造和运营方面具有很多突出的特点。
　　由于此种交通系统在国内没有先例，因此本文主要以日本千叶市悬挂式单轨车辆为研究对象。根据所查阅的资料，取用相关参数，利用Matlab/Simulink软件对车辆运行必要的运动仿真分析。研究过程只对走行轮、导向轮、悬挂机构、车体这几个要素进行考虑。通过受力分析，写出动力学方程，再通过对方程进行仿真，得出相应数据。
　　1)本文提出了悬挂式单轨交通系统中，车辆运行轨面激扰的一种输入方法。以国家A型路面标准为基础进行延伸，建立符合悬挂式单轨的白噪声轨面模型，并通过Matlab/Simulink进行了模拟和表达。
　　2)对车辆进行了垂向动力学模型简化，并建立了垂向动力学微分方程。在平直轨面上以65km/h的最大速度运行情况下，运用Matlab/Simulink进行垂向动力学仿真分析。通过对车辆进行垂向力分析，列出了主要部件的垂向力表达式，得到车体悬挂装置处和走行轮的垂向力数据，经验证基本上符合实际情况。
　　3)对车辆进行了横向动力学模型简化，并建立了横向动力学微分方程。设定不同曲线半径和所对应的最大曲线运行速度，运用Matlab/Simulink进行横向动力学仿真分析。通过对车辆进行横向力分析，列出了主要部件的横向力表达式，得出车体悬挂装置处和每一个导向轮在相应设置条件下的横向力数据，经验证基本上符合实际情况。
　　4)通过对悬挂式单轨车辆曲线通过横向动力学分析中增加超高设置，确定了加超高设置后曲线运行速度的标准，也建立了设置超高后的横向动力学微分方程，运用Matlab/Simulink进行仿真。研究内容主要包括相同速度下改变超高的运行情况分析、相同超高情况下改变运行速度后的运行情况分析。在通过数据对比中，分析了在设置超高后对车辆曲线运行的影响。
　　5)对悬挂式单轨车辆曲线运行摆角进行了简要的分析，确定了车辆曲线摆动简化模型，建立了车体曲线摆动的简易方程，运用Matlab/Simulink进行计算。研究内容主要包括在相同速度下改变超高的车辆运行摆动分析、同一超高情况下改变运行速度后的车辆运行摆动分析。在通过数据对比中，分析了车辆曲线运行摆动的一些规律。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文选题背景和意义

1．2 悬挂式单轨交通的发展历程

1．2．1 国外悬挂式单轨交通的发展历程

1．2．2 悬挂式单轨交通在中国的展望

1．3 悬挂式单轨交通系统及车辆介绍

1．3．1 悬挂式单轨交通的基本结构形式

1．3．2 悬挂式单轨车辆的结构特点

1．4 悬挂式单轨车辆的主要特征参数

1．5 本文主要研究内容

第2章 悬挂式单轨车辆垂向动力学分析

2．1 车辆垂向动力学简化模型的建立

2．1．1 简化模型的意义

2．1．2 车辆垂向动力学简化模型

2．1．3 垂向动力学简化模型的假设

2．2 悬挂式单轨车辆垂向动力学方程

2．3 轨面输入表示

2．3．1 轨面输入表示的方法

2．3．2 轨面输入表示在Matlab／Simulink上的模拟

2．3．3 轨面输入表示在悬挂式单轨上的采用

2．4 系统仿真设置与分析

2．4．1 Matlab／Simulink垂向动力学仿真

2．4．2 车辆运行垂向受力分析

2．5 本章小结

第3章 悬挂式单轨车辆曲线通过分析

3．1 车辆横向动力学简化模型的建立

3．1．1 车辆横向动力学简化模型

3．1．2 车辆横向动力学简化模型的假设

3．2 悬挂式单轨车辆曲线通过横向动力学方程

3．3 系统仿真设置与分析

3．3．1 Matlab／Simulink横向动力学仿真

3．3．2 车辆运行横向受力分析

3．4 本章小结

第4章 加超高设置后的曲线通过分析

4．1 曲线超高及其相关标准

4．1．1 曲线超高原理

4．1．2 曲线运行速度标准

4．2 加超高设置后的曲线通过横向动力学方程

4．3 相同速度不同超高设置下的运动分析

4．3．1 系统仿真设置

4．3．2 车辆运行横向受力分析

4．4 相同超高设置不同速度下的运动分析

4．4．1 系统仿真设置

4．4．2 车辆运行横向受力分析

4．5 本章小结

第5章 车体曲线运行摆角简析

5．1 车辆曲线摆动简化模型的建立

5．1．1 车辆曲线摆动简化模型

5．1．2 车辆曲线摆动简化模型的假设

5．2 车体曲线摆动简易方程

5．3 相同速度不同超高设置下车体摆动分析

5．3．1 系统仿真设置

5．3．2 车体摆角计算与分析

5．4 相同超高设置不同速度下车体摆动分析

5．4．1 系统仿真设置

5．4．2 车体摆角计算与分析

5．5 本章小结

结论

致谢

参考文献