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轻轨车辆电气耦合轮对导向控制技术

孙效杰 陆正刚

孙效杰, 陆正刚. 轻轨车辆电气耦合轮对导向控制技术[J]. 交通运输工程学报, 2013, 13(3): 40-46. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2013.03.006
引用本文: 孙效杰, 陆正刚. 轻轨车辆电气耦合轮对导向控制技术[J]. 交通运输工程学报, 2013, 13(3): 40-46. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2013.03.006
SUN Xiao-jie, LU Zheng-gang. Steering control technology of LRV with electrical coupled wheelset[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2013, 13(3): 40-46. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2013.03.006
Citation: SUN Xiao-jie, LU Zheng-gang. Steering control technology of LRV with electrical coupled wheelset[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2013, 13(3): 40-46. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2013.03.006

轻轨车辆电气耦合轮对导向控制技术

doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2013.03.006
基金项目: 

“十一五”国家科技支撑计划项目 2009BAG11B02

详细信息
    作者简介:

    孙效杰(1984-), 男, 安徽亳州人, 同济大学工学博士研究生, 从事车辆系统动力学研究

    陆正刚(1966-), 男, 江苏新沂人, 同济大学教授, 工学博士

  • 中图分类号: U270.33

Steering control technology of LRV with electrical coupled wheelset

More Information
  • 摘要: 针对独立车轮自导向性能差的问题, 应用改进电轴技术在轻轨车辆电机单独驱动独立车轮中, 形成一种电气耦合轮对型式, 以无形的电轴替代传统的机械轴, 改善导向性能。从电路分析理论出发, 分析了新型耦合轮对的耦合性能和影响因素, 确定电气耦合轮对是一种对左右车轮转角差自动施加反馈控制的技术, 且轮对耦合的强弱可通过调节电容与电阻实现, 调节电容方案因能耗低而优于调节电阻方案。建立电气耦合轮对和弹性阻尼耦合轮对轻轨车辆横向动力学模型, 分析了轮对的转向行为。仿真结果表明: 电气耦合轮对耦合力矩最大达到近1 kN·m, 耦合能力强; 直线上受激扰后, 2种车辆的横移量与摇头角自行趋于0, 通过曲线时, 横移量稳定值小于8 mm, 摇头角小于0.2°, 因此, 2种耦合轮对车辆具有直线对中能力和曲线通过性能; 通过小曲线时, 电机因电气耦合而造成的最大耗能功率低于140 W, 系统能耗低。

     

  • 图  1  改进的电轴系统

    Figure  1.  Improved electrical shaft system

    图  2  改进的电轴系统一相等效电路

    Figure  2.  Single-phase equivalent circuit of improved electrical shaft system

    图  3  耦合能力的参数敏感度分析

    Figure  3.  Parameter sensitivity analysis on coupled ability

    图  4  不同负载下的电气耦合轮对同步性能

    Figure  4.  Coupled abilities of ECW under different loads

    图  5  EDCW和ECW的横移特征根分布

    Figure  5.  Eigenvalue loci of lateral displacements of EDCW and ECW

    图  6  车辆动力学模型

    Figure  6.  Dynamics model of LRV

    图  7  耦合轮对对中能力

    Figure  7.  Centering abilities of coupled wheelsets

    图  8  耦合轮对曲线通过性能

    Figure  8.  Curving performances of coupled wheelsets

    表  1  双电机驱动独立车轮轮对转向架

    Table  1.   Bogies with IRW driven by double motors

    转向架 驱动电机 生产商 运营城市
    Eurotram 四电机 Bombardier 斯特拉夫堡
    Incentro 四电机 Bombardier 南特
    R3.1 四轮毂电机 Siemens AG 法兰克福
    Tram 2000 两轮毂电机 Bombardier 布鲁塞尔
    Variotram 四轮毂电机 ABB Henschel 开姆尼斯
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    表  2  轻轨车辆动力学模型主要参数

    Table  2.   Main parameters of LRV dynamics model

    变量名称 符号 数值
    轮对质量/kg mw 1 250
    构架质量/kg mt 2 500
    车体质量/kg mc 22 000
    轮对转动惯量/(kg·m2) Iwx/Iwy/Iwz 700/100/700
    构架转动惯量/(kg·m2) Itx/Ity/Itz 1 500/1 000/2 500
    车体转动惯量/(kg·m2) Icx/Icy/Icz 4×104/2×106/2×106
    每轴箱一系(纵/横/垂向)刚度/(MN·m-1) Kpx/Kpy/Kpz 10/5/1
    每轴箱一系阻尼/(kN·s·m-1) Cpx/Cpy/Cpz 5/5/1
    每构架一侧二系刚度/(MN·m-1) Ksx/Ksy/Ksz 0.25/0.25/0.40
    每构架一侧二系阻尼/(kN·s·m-1) Csx/Csy/Csz 1/60/60
    滚动圆跨距之半/m b 0.75
    轴距之半/m Lt 1
    定距之半/m Lh 5
    一系悬挂横向跨距之半/m Lpy 1
    二系悬挂横向跨距之半/m Lsy 1
    车轮半径/m r0 0.3
    纵/横向蠕滑系数 f1/f2 1.149 4×107/9.671 5×106
    车轮等效锥度 λ 0.2
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    表  3  ECW轻轨车辆各轮对状态

    Table  3.   Wheelsets states of LRV with ECW

    轮对 最大横移/mm 最大冲角/(°) 最大耦合力矩/(N·m) 最大电机耦合消耗功率/W
    1 8.1 0.149 741.5 71.6
    2 7.9 0.183 706.4 63.6
    3 8.2 0.172 904.2 136.7
    4 7.8 0.195 925.6 126.9
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  • 收稿日期:  2013-01-18
  • 刊出日期:  2013-06-25

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