含故障抗蛇行减振器高速车辆动力学及车体半主动控制研究

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1、密级：公开工学硕士学位论文含故障抗蛇行减振器高速车辆动力学及车体半主动控制研究ReasearchonDynamicBehaviourofHigh-SpeedVehiclewithFaultyAnti-huntingDamperandSemi-ActiveControlofCarbody培养单位：机械工程学院专业：载运工具运用工程研究生：王艺璇指导教师：陈恩利教授二○一八年六月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为

2、获得石家庄铁道大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。(保密的论文在解密后应遵守此规定)作者签名：日期：导师签名：日期：摘要随着

3、高速动车组车辆车速提高，车体振动不断加剧，减振的问题逐渐突显出来。抗蛇行减振器作为高速车辆悬挂系统关键部件，是保证车辆高速运行的关键因素，对高速车辆运动稳定性、运行平稳性和安全性至关重要。因此对高速车辆抗蛇行减振器性能的研究受到了越来越多学者们的高度关注。在此背景下，本文首先分析了高速车辆抗蛇行减振器发生油液泄漏故障对车辆动力学性能指标的影响,进而为了提高列车的运行品质，分别基于AccelerationDriveDamping(ADD)开关控制策略和LinearQuadraticRegulator(LQR)最优控制策略设计了两种半主动悬挂，并对比分析了两种

4、策略的控制效果及特点。本文主要研究内容：（1）在考虑温度、压力、油液混气百分比等因素的基础上，建立了油压减振器非线性油液刚度模型。根据减振器活塞不同振速时阻尼阀系统不同的启闭特性，将阻尼相应地进行分段处理，最终建立由非线性刚度和分段阻尼串联的减振器等效模型。在该模型的基础上，分析了油压减振器的油封从正常状态到磨损过限直至恶化失效的过程中减振器高压油腔油液刚度的变化规律，进而得出此过程中相应的减振器输出阻尼力的变化情况。（2）在多体动力学软件Adams/Rail中建立了含62自由度的高速车辆拖车单车模型。将抗蛇行减振器油封从正常状态到磨损过限直至恶化失效过程

5、中减振器的阻尼特性输入到动车组模型中，并对高速车辆的运动稳定性、运行平稳性以及曲线通过的安全性进行了分析和研究。（3）在研究被动悬挂动力学性能的基础上，为降低减振器等易损耗部件的磨损，并提高动车组列车运行品质，针对列车运行时的横向振动设计了一种准确的ADD开关控制策略。通过Adams/Rail和Matlab/Simulink联合仿真实现了对半主动悬挂的动力学分析，分析表明：尽管基于ADD开关控制策略可以降低车辆横向动力学指标，但在轨道激励较大时切换开关会引起动力学指标的幅值发生突变，从而影响仿真计算结果的统计最大值，导致半主动悬挂的动力学指标大于被动悬挂。

6、（4）综合考虑机车车辆动力学模型的振动特点和LQR线性二次型最优控制策略的特性，在LQR控制器设计过程中，本文提出一种机车车辆横向振动简化模型。该简化模型仅考虑复杂整车模型中的主要因素，大幅降低了系数矩阵的维度，简化了计算过程和各被控指标加权系数的协调过程。通过对比验证，简化模型和三维整车模型的计算结果相比基本吻合。基于LQR控制策略的半主动悬挂不仅实现了多目标同时控制，而且可以调节控制指标和控制效果。因此，LQR控制策略可以满足机车车辆复杂系统的多目标控制要求。关键词：高速车辆；含故障抗蛇行减振器；阻尼特性；油液刚度；半主动控制AbstractIt’sd

7、oubtlessthatthevibrationproblemofthehigh-speedvehiclecarbodyishighlightedasthespeedofthevehicleimprovescontinually.Theanti-huntingdamperisthecriticalpartsofthesuspensionsystemofthehigh-speedvehicle.Itisoneofthecriticalfactorsthatcanguaranteethevehiclerunathighspeed.Andtheanti-hunt

8、ingdamperisveryimportanttothevehi