高速铁路轨道-车辆系统状态综合评判与预测研究

随着我国高速铁路的发展，利用轨道不平顺动态检测数据对线路养护维修进行科学管理，已成为保障行车安全和取得经济维修效益的重要手段。目前，国内外对高速铁路轨道不平顺的管理主要采用幅值管理和区段管理，但这两种方法无法全面反映轨道不平顺中敏感波长对高速行车的影响，导致轨道病害的真正原因难以诊断，进而无法科学表征出轨道状态及其发展规律。本项目提出基于广义能量指数(GEI)的高速铁路轨道-车辆系统状态综合评判方法，并引入能量权系数表征不同波长不平顺对输入总能量的贡献，能有效突出轨道不平顺中敏感波长对高速行车的影响。同时，通过挖掘GEI时间序列内在特征，提出基于GEI时间序列的非线性预测模型，将为经济有效控制不平顺的恶化速率、合理安排养修计划，有效防止晃车等病害的发生提供科学依据。本项目研究相对于传统的轨道质量状态的评判、管理具有创新性，将开创轨道不平顺控制理论与轨道养护维修管理方面新的研究方向。

近年来，随着高速铁路运营里程的大幅增加，列车的安全性和舒适性受到了人们的重点关注。而轨道的平顺状态和轨道-车辆系统的动态响应作为影响列车安全性和舒适性重要的一环，工务管理部门承受着很重的责任和压力。目前国内外对轨道状态的管理主要采用轨道不平顺幅值的管理。从高速铁路发生的实际问题来看，仅从幅值角度评价轨道状态是不够全面的，只有综合地考虑车辆敏感频率和轨道不平顺的波形结构特征，才能得出比较正确的结论。目前，已有其他国家研究利用车辆动态响应辅助评判轨道状态。从发展趋势看，结合轨道不平顺和车辆动态响应评判轨道状态越来越受到重视。.针对现有的评判方法不能反映出车辆/轨道系统波长特征和动态响应的缺点，本项目借鉴能量集中率的思想，提出新型评价指标-广义能量指数(GEI)， 并对其特征的计算分析及预测方法方面开展了深入的研究。主要有：.（1）高速铁路轨道-车辆系统质量状态综合评判指标-广义能量指数(GEI)研究及应用方面：针对广义能量指数（GEI）准确计算的需要，提出了高速铁路海量轨道几何检测数据的自动预处理的系列方法；研究了广义能量指数（GEI）在高速铁路钢轨波浪弯曲不平顺、连续多波分析、轨道下沉地段实例中的评判和工程应用。.（2）多输入多输出轨道－车辆系统能量权系数的计算及分析方法方面：基于多体动力学软件ＡＤＡＭＳ／ＲＡＩＬ建立了高速检测列车轨道-车辆耦合系统动力学模型库，为能量权系数的分析提供重要仿真分析工具；提出了动力学仿真方法和同步模型方法2种计算能量权系数的方法；基于高速铁路实测检测数据，对GEI指标中能量权系数进行特征分析，绘制了不同综合检测列车在不同速度下的能量权系数曲线。.（3）广义能量指数的轨道-车辆系统非线性预测方面：根据项目组对广义能量权系数特征研究成果，可得到影响GEI指数的参数主要有轨道不平顺、运行速度、车辆的类型和轨道结构形式，提出广义能量指数（GEI）预测模型； 开发一套计算广义能量权系数计算软件，通过大量的不同类型数据计算，作为今后计算车型的固定属性调用，可进行各种匹配条件下的广义能量指数（GEI）预测，建立了GEI预测模型的能量权系数库。.本项目研究相对于传统轨道状态的评判、管理具有创新性，能够科学诊断轨道-车辆系统的病害真实原因，为科学、高效维修提供依据。同时，此项研究开创轨道不平顺控制理论与轨道养护维修管理的新领域，具有重要意义。