虚拟轨道列车—道路垂向耦合系统服役性能研究

周帅; 杨蔡进; 徐菁; 张卫华

动力学与控制学报 ›› 2025, Vol. 23 ›› Issue (09) : 59 -73.

周帅, 杨蔡进, 徐菁, 张卫华

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摘要

区别于传统轨道列车，虚拟轨道列车运行在城市的既有道路上，由于具有比公交车更高的载运能力，近年来已在国内外多个城市公共交通运输体系中投入使用，但因车体长、轴重大且长期沿着道路上局部固定的区域运行，容易导致路面受压变形和破损，进而影响列车运行品质和道路力学性能．本文围绕虚拟轨道列车的实际服役问题，基于列车—道路垂向耦合动力学分析，揭示列车和道路参数变化对系统服役性能的影响规律．首先，考虑车体垂向、俯仰和侧倾运动及车间铰接作用，建立列车的三维动力学模型；基于Winkler地基上双层Kirchhoff薄板建立道路的动力学模型，并采用模态叠加法分析道路动力学响应；利用赫兹接触模型描述车路相互作用．随后，开展列车—道路系统的垂向耦合动力学理论研究，并利用列车Sperling指数和道路在车轮接触点处应力均方根值，定量地分析系统特征参数对列车运行品质和道路力学性能的影响，包括路面厚度、杨氏模量、车速、铰接阻尼和路面等级，进一步开展了上述参数敏感性分析．研究表明，路面厚度、铰接阻尼增加和等级提高可以提升列车运行品质和道路力学性能，而道路的等效杨氏模量和车速增加虽然可以提升道路力学性能，但会降低列车运行品质．此外，路面等级对系统服役性能的影响最为显著，其次为车速和路面厚度，而路面杨氏模量和铰接阻尼的影响相对较小．