轻轨车辆动力学数字仿真

城市规模的扩大和发展模式的变化，不仅使城市公共交通发生了数量上的变化，而且也在质量上提出了更高的要求。改善大城市的公共交通问题，除传统的地面道路交通外，许多发达国家都在大力发展较为完善的城市轨道交通系统，形成一个由地面、地下和空中组合而成的立体式公共交通网。轻轨交通便是其中一种有效的交通方式，近几年来在世界上各国大城市得到迅速发展，我国也有十几座城市计划或正在建设轻轨交通。其具有投资少、建设周期短、灵活性强、运行成本低的特点，可在关键地段和市中心区采用高架或地下铁道结构，使其能运量大、速度快、安全、准点。此外，为提高舒适性和方便残疾人等，低地板轻轨车辆也迅速发展起来。新一代低地板轻轨车辆中涉及的新技术极为广泛，包括模块化车体、独立旋转车轮转向架、交流传动、低地板等。 采用低地板轻轨车，其转向架必然与传统的转向架有较大的差别。首先，传统的两个车轮一根车轴是无法胜任的，作为改进方法之一，采用独立旋转车轮，即去掉车轴或采用阶梯车轴，确保两轮之间的空间畅通。对于动力转向架来说，其牵引电机的配置是个关键技术。其次，采用独立旋转车轮转向架将会使曲线性能恶化，故还需采用不同复杂程度的连杆。 由于结构的变化，对轻轨车辆动力学特性进行仿真，需重新建立轻轨车辆动力学仿真模型。本文从寻求独立旋转车轮轻轨车辆与常规车辆的差异入手，建立了单独立轮对横向动力学仿真模型，然后将其扩展到整个轻轨车横向动力学仿真模型。对独立旋转车轮轻轨车辆的横向响应、横向稳定性和曲线通过性能进行了较为详细的研究，并与常规客车的动力学性能进行了比较。在分析横向响应和曲线通过时，采用25个自由度，而分析其稳定性时，采用21今自由度；这是由于采用独立旋转车轮轻轨车辆的蛇行临界速度理论上为无穷大，为确定其计算值，换一个角度从分析弹性阻尼耦合轮对的稳定性入手，再设定其参数变化到与独立轮对相接近，采用此方法对独立轮对的稳定性给出定性的分析，而分析弹性阻尼耦合轮对时为21个自由度。 在轻轨车辆动力学数字仿真计算中，通过对独立旋转车轮蠕滑率的分析知，车轮踏面外形对其影响十分敏感，适当的选取独立旋转车轮踏面的外形可以优化车辆的动力学性能；采用独立旋转车轮，纵向蠕滑力不复存在，自激振动不会发生，转向架也就稳定；但同时，常规轮对具有的自动导向功能 西南交通大学硕士研究生学位论文 第11页 也失去了。本文列举了国外解诀这个问题的方法，包括纯机械和主动转向等。 此外，通过与常规转向架进行比较发现，独立旋转车轮车辆车体横向加速度 较小，但有贴靠轨道一边行驶的倾向，且由于靠轮缘导向，使得独立旋转车 轮转向架的整车磨耗比传统轮对转向架的略大一些。应指出，上述分析的结 果只适用于本文建立的独立旋转车轮车辆仿真模型。 无论对独立旋转车轮轻轨车辆，还是常规车辆，最突出的矛盾是蛇行稳 定性与曲线通过的矛盾。为了解诀这个矛盾，从车辆诞生起，就已经进行了 大量的研究，但是新科学、新技术层出不穷，如何将新方法引入到车辆系统， 对车辆的发展十分关键。本文提出了采用现今正在日益广泛使用的人工神经 网络来优化车辆系统动力学性能和悬挂参数的思想。此方法的难点是需要大 量的样本来训练网络。