基于磁流变液主动减振的跨座式单轨交通车辆平稳性控制

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跨座式单轨作为一种特殊的轨道交通制式,可以有效提升运输安全性能、缓解交通拥堵、提高道路通行效率、降低能源消耗等。在单轨车辆运行过程中,较小的转弯半径、单轨车辆的特殊结构及轨道梁不平度等因素导致单轨车辆运行平稳性降低,因此,进行单轨车辆平稳性控制研究,对提高单轨车辆行车安全性与乘坐舒适性具有重要意义。本文以跨座式单轨车辆为研究对象,针对传统油压减振器阻尼不能自适应调节的问题,基于新型智能材料磁流变液,设计一种用于跨座式单轨车辆的磁流变液主动减振器,并进行性能优化和主动控制,从而有效提升单轨车辆的运行平稳性和乘坐舒适性。主要研究内容如下:(1)单轨车辆悬挂参数对运行平稳性的影响研究。对单轨车辆转向架结构进行分析,得到单轨车辆系统拓扑结构图,考虑轨道梁不平度的影响,采用多体动力学分析软件建立跨座式单轨车辆车体—转向架—轨道梁系统动力学模型,并以此为基础分析了悬挂系统参数对单轨车辆运行平稳性的影响,验证了对单轨车辆减振器进行主动控制的必要性和可行性。(2)单轨车辆磁流变液主动减振器多目标优化设计。根据单轨车辆减振器的工作特点,采用了一种内置平行双线圈的磁流变液主动减振器设计方案,并对磁路结构参数进行了设计计算。搭建了磁路结构联合仿真优化平台,分析了磁路结构参数的灵敏度,基于NSGA-Ⅱ算法对减振器磁路进行了多目标优化,并对优化结果进行了仿真分析,结果表明优化后的减振器输出阻尼力满足设计要求。(3)基于变论域模糊控制的磁流变液主动减振器控制特性研究。在磁流变液主动减振器力学模型的基础上,对减振器的阻尼特性进行了仿真分析。采用BP神经网络建立减振器逆模型,得到减振器运行状态与所需电流强度之间的非线性映射关系。建立了基于磁流变液主动减振器的二自由度悬挂模型,设计了变论域模糊控制器,并进行了仿真验证,结果表明变论域模糊控制策略可以有效抑制车身振动。(4)基于磁流变液主动减振的单轨车辆整车平稳性研究。结合单轨车辆整车动力学模型与磁流变液主动减振器控制特性,搭建了UM-Matlab/Simulink联合仿真平台,对不同运行工况下的单轨车辆运行平稳性进行仿真分析,仿真结果表明,采用磁流变液主动减振的跨座式单轨车辆在不同运行条件下均具有更好的平稳性。
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