基于matlab-simulink的车辆建模与故障分析.pdfVIP

第29卷第5期 华 东 交 通 大 学 学 报 Vol.29 No.5 2012年10月 Journal of East China Jiaotong University Oct.，2012 文章编号：1005-0523 （2012 ）05-0013-05 基于matlab/simulink 的车辆建模与故障分析 颜 秋，刘永明 （同济大学铁道与城市轨道交通研究院，上海201804 ） 摘要：利用matlab/simulink软件，用框图和子系统封装的方法建立铁道车辆线性动力学模型。在路面激励作用下，经过仿真 测得车体及转向架在正常运行和悬挂故障时不同的振动加速度响应，重点分析了在垂向一、二系悬挂故障时，检测信号在时 域和频域上各自具有的故障统计特性，同时考查了不同位置悬挂故障叠加、轨道随机不平顺和车辆运行速度对数字特征的 影响，并提出以振动加速度统计特性来判别悬挂故障的方法。 关键词：铁道车辆；simulink；悬挂故障；故障判别 中图分类号：U279.3 文献标志码：A 随着铁路行业高速发展，列车运行速度逐渐提高，铁路安全越来越受到人们的重视，如何保证铁道车 辆运行安全及其故障监测成为一个亟待解决的重大课题。客车车辆在结构上的故障主要有一系弹簧断 ［1］ 裂、减振器失效、空气弹簧漏气、高圆弹簧断裂、车轮踏面擦伤、轴承故障以及蛇形减震器故障等等 ，各种 故障对车辆运行品质有不同程度的影响，严重情况下可能会威胁到车辆的安全运行。因此，对车辆故障的 监测与识别成为了保证车辆安全运行中必不可少的措施。目前，对铁道车辆的故障监测主要有地面和车 载两种形式，其中在车载监测系统中，使用振动加速度传感器监测车辆运行状态较为普遍，以此可以迅速 ［2］ 实现检测信号的分散收集、处理及故障判别 。 对于利用振动加速度响应进行监测的系统，信号可能会受到多方面的影响，如轨道随机不平顺激励的 干扰、车辆本身非线性对信号传递的干扰以及各种故障叠加后对检测信号的干扰等等。文章中仅建立整 车线性动力学模型，不考虑轮轨蠕滑等非线性因素对信号的影响，主要讨论不同位垂向悬挂故障时，振动 加速度信号具有的统计特性规律以及影响数字特征的因素。 1 建立车辆模型 ［3］ 由于matlab/simulink软件可以使用面向对象的框图建模 ，同时具备子系统封装的特点，对于含有弹 簧阻尼的线性系统，可以拆分为悬挂子系统和刚体状态子系统，按刚体间不同的连接形式，快速建立系统 ［4］ 线性模型。以简化的车辆二自由度系统为例 ，其运动微分方程： m 刚体：F +F -F -F =mZ̈ 1 k1 c1 k2 c2 1 1 m 刚体：F +F =m Z̈ 2 k2 c2 2 2 ̇ ̇ ̇ ̇ F =K(Z -Z) F =C(Z -Z) F =K (Z -Z) F =C(Z -Z) Z(i=0,1,2) m m 式中： ；c1 1 0 1 ； ；c2 2 1 2 ；i 分别为车轮、 和 k1 1 0 1 k2 2 1 2