Mechatronic aspects of an innovativetwo-axle railway vehicle
Tid: Fr 2023-06-02 kl 10.00
Plats: D37, Lindstedtsvägen 5, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/66930256556
Språk: Engelska
Ämnesområde: Farkostteknik
Respondent: Rocco Libero Giossi , Väg- och spårfordon samt konceptuell fordonsdesign
Opponent: Professor Tian Xiang Mei,
Handledare: Professor Sebastian Stichel, Järnvägsgruppen, JVG, VinnExcellence Center for ECO2 Vehicle design, Väg- och spårfordon samt konceptuell fordonsdesign
QC 230510
Abstract
Inom forskningsprogrammet Shift2Rail sattes målen för en hållbar tillväxt av järnvägssektorn. Dessa mål innefattar en avsevärd minskning av livscykelkostnader, en ökad tillförlitlighet och energieffektivitet, minskning av bullerutsläpp och full driftskompatibilitet för den rullande materielen. För att uppnå målen föreslås här en ny generation av löpverk.
Ett innovativt tvåaxligt fordon som kan minska vikten, den initiala investerings- och underhållskostnaden samt utsläppen föreslås därför här för ett tunnelbanesystem. Det föreslagna fordonet kommer bara att ha ett fjädringssteg. För att ytterligare minska vikten och inkludera den annars saknade krängningshämmaren, introduceras en sammankopplande ram av kompositmaterial. Den tvåaxliga konfigurationen lider av dålig åkkomfort, eftersom det saknas ett andra fjädringssteg som fungerar som filter. På grund av det långa hjulaxelavståndet lider konfigurationen även av dålig styrförmåga. För att förbättra både åkkomfort och styrförmåga introduceras därför aktiva fjädringar.
Denna doktorsavhandling beskriver de viktigaste aktiviteterna som genomfördes under utvecklingen av det innovativa fordonet, uppbyggnaden av ett simuleringsramverk där fordonet kan testas virtuellt. Flera modelleringsmiljöer används, såsom SIMPACK för fordonsdynamik, Abaqus för modellering i finita element, Simscape för hydrauliska simuleringar och Simulink för utveckling av styrlogiken. Under doktorsarbetets gång har två delar av det mekatroniska fordonet designats och tillverkats, det är kolfiberkopplingsramen och den aktiva fjädringen i styrningen. Modellerna för dessa två komponenter har experimentellt validerats och introducerats i simuleringsmiljön. Kontrollstrategier för åkkomfort och styrningen av hjulaxlarna har utformats för att övervinna de begränsningar som den tvåaxliga konfigurationen innebär. De föreslagna lösningarna syftar till att vara tillämpliga i hela driftscenariot för det innovativa fordonet.
Detta arbete betonar möjligheten att introducera innovativa mekatroniska lösningar som ett alternativ till vanliga boggilösningar som syftar till att minska kostnader och utsläpp, och sudda ut gränserna mellan den akademiska synen och möjliga industriella tillämpningar.