| 课题的立题背景与意义随着我国公路、航空等运输方式的飞速发展，交通运输方式进入了多元化的时代，与此同时也给铁路运输带来了严峻挑战。目前，我国经济快速发展，各行各业对交通运输的需求日益剧增，迫切需要铁路提供强有力的支撑。长期以来，铁路运输运力紧张，运量与运能的矛盾对国民经济的发展形成了制约作用，而且这种制约作用将随着经济增长愈发明显。为改变这种不利局面，提高铁路运输的竞争力，在原有基础设施的基础上，最有效的办法就是提高车速和运载量。
目前，我国铁路已经进行了6次大规模提速，铁路第6次大提速后，繁忙干线上的旅客列车的最高运行速度提高到160km/h~200km/h，有些线路最高可达300km/h[1]。随着列车提速，因为线路不平顺而引起的车辆振动现象更加明显。转向架作为轨道车辆的行走机构，将线路的随机激扰传递给车体，直接影响运行平稳性及乘坐舒适性。因此，设计出性能优良的转向架和对原有转向架进行性能参数优化是轨道列车提高速度和增加运量的关键[2]。在转向架研发过程中，合理地确定转向架各项参数值，尽量使转向架性能参数的实际值接近理论值，从而有效地减少研发成本和提高转向架性能。 总之，转向架的参数的动态性能和动态下参数的测定和分析对车辆性能研究有着十分重要的作用[3]。为了获得高速运行车辆的转向架动态特性，一般情况下都采用线路试验、计算机虚拟仿真技术、室内台架试验[4]。线路试验又分专门线路试验及普通线路试验。普通线路试验可以在不同的实际运营线路上进行，试验信息更全面，但需要事先对所测试线路运力进行调配，影响线路的正常运行，并且试验费用高昂。与普通线路试验相比，专门试验线路避免了试验与线路运营发生的冲突，虽具有多种运营环境，但是线路单一，且工程造价高。 计算机虚拟仿真技术利用系统模型及计算机技术实现运行模拟，可操作性强，成本低，但由于只考虑确定性因素，忽略了很多影响因素，所以仿真结果与真实结果相差较大[5]。由于室内台架试验，不受线路及时间限制，试验条件可以人为干预，短时间内能够模拟多种试验工况，且试验可重复操作，费用低，测试效果接近于室外路试，所以已经得到研究和生产部门的重视[6]。
国内外的很多铁路界领军企业和科研机构纷纷对转向架模拟试验台开展了大量深入细致的研制和开发工作。吉林大学汽车运输工程研究所受中国北车集团长春轨道客车股份有限公司委托，研制开发了转向架综合参数测定试验台。该试验台以室内三套三轴向正交六自由度液压激振系统为基础，可实现模拟车体落成状态下或真实车体落成状态下转向架一系或二系垂向、横向以及纵向刚度、扭转刚度、抗弯刚度、抗剪刚度等的测试，模拟车体偏载、车体倾斜等状态；能够模拟实际线路上转向架的实际运行状态，为构架等关键构件的应力测试创造试验环境；还可以模拟曲线半径、超高、坡度等线路信息，模拟直线线路上的水平、高低、方向、轨距及扭曲不平顺等线路不平顺，并可以在线路几何信息基础上模拟线路不平顺，从而可研究不同线路几何线形以及轨道不平顺对被试车体或转向架性能影响。转向架综合参数测定试验台的机械和液压部分搭建完成后，能否完成设计的功能要求以及能够发挥其应有的性能潜力完全取决于三套六自由度运动平台的协联控制效果。 结合实际路况信息和各种路况下转向架或车体实际运行振动形式，本论文对转向架运行姿态、典型路面信息、多六自由度液压激振系统的位姿反解和工作空间进行理论研究，建立基于多六自由度平台的转向架三维运行姿态控制模型并进行实时解算，实现转向架在轨道车辆横摆、沉浮、伸缩、侧滚、摇头、点头、蛇形、径向等运行状态下的各种空间姿态实时解算，并采用多六自由度协联控制实现转向架运行状态的动态模拟仿真，为六自由度转向架运行姿态的位移和姿态大闭环控制提供依据，为转向架综合参数的动静态测试提供试验条件。该论文的研究成果可以实现曲线半径、超高、坡度、扭曲不平顺等实际路况信息和各种路况下转向架或车体实际运行振动形式的模拟复现，可以实现对转向架自振频率、阻尼特性、频响特性、振型及关键部件加速度等基本参数的测试； 在转向架设计阶段，能够对整备状态下车辆曲线通过能力进行检查和验证，确定动态情况下所能达到的横向和竖向偏移量，为车辆限界及建筑限界提供技术支持；并能够实现模拟车体落成状态下或真实车体落成状态下对转向架综合参数的动静态测试，能够对转向架重心位置、轮重、半车柔度系数、垂向振动衰减能力等进行测定，因此对提高高速转向架和高速列车的设计开发能力具有重要意义。为满足试验要求，转向架综合参数测定试验台设计了具有固定、安装或转向架摆渡等功能的装置，而转向架静态刚度参数测试及曲线通过时车辆的干涉检查等功能要求三套六自由度运动平台能够在较大的空间范围内运动，故运动平台与空间障碍物之间有可能发生运动干涉，从而导致各作动器之间不能协调运动，甚至会损坏平台及空间障碍物，因此为保证试验顺利进行的同时，扩展试验台可运动范围，进一步完善提升试验台功能，准确确定试验台工作空间至关重要。 |
