本文由Yunguang Ye、Haoqian Li、Fansong Li、Hao Gao、Guiming Mei、Huanyun Dai、Pingbo Wu和Jing Zeng共同撰写，发表于2024年5月22日的《Nonlinear Dynamics》期刊上。该研究由西南交通大学轨道交通车辆系统国家重点实验室完成，主要探讨了如何通过监测动态轮轨位移（Dynamic Wheel–Rail Displacement, DWRD）来实时评估列车的蛇行稳定性（Hunting Stability）。

研究背景与目的

蛇行运动是铁路车辆在高速运行时常见的现象，主要表现为车体蛇行和转向架蛇行。蛇行运动不仅会降低乘客的舒适度，还会加剧轮轨磨损，甚至可能导致列车脱轨。现有的蛇行稳定性评估方法主要基于转向架或车体的加速度测量，但这些方法存在一定的局限性，无法直接反映轮轨接触状态。因此，本研究提出了一种新的信号源——动态轮轨位移（DWRD），用于评估列车的蛇行稳定性。

研究方法与流程

研究分为以下几个步骤： 1. 多体动力学仿真（MBS）：通过多体动力学仿真，模拟了高速列车在低等效锥度（EC）和高等效锥度条件下的蛇行运动现象，揭示了基于转向架或车体加速度评估蛇行稳定性的局限性。 2. 虚拟点追踪（VPT）方法：基于简化的YOLO模型和改进的UNet模型，提出了一种用于处理轮轨接触视频的虚拟点追踪方法，能够通过计算机视觉技术实时监测DWRD。 3. 实验验证：在全尺寸滚轮试验台上进行了实验，验证了VPT方法的可行性，并通过DWRD评估了车辆的蛇行稳定性，同时与基于加速度的方法进行了对比。

主要结果

1. 蛇行频率的准确反映：实验结果表明，基于DWRD的方法能够准确反映1.1 Hz的蛇行频率，而基于加速度的方法虽然也能反映这一频率，但其幅值低于标准规定的阈值。
2. 轮轨接触状态的直接反映：DWRD不仅能够反映蛇行频率，还能直接反映轮轨间隙的变化，从而更可靠地评估轮轨接触状态。
3. 蛇行稳定性判断标准：研究提出了一种基于DWRD的蛇行稳定性判断标准，即当DWRD连续六次超过阈值y0/a时，判定车辆处于不稳定状态，其中y0为名义轮轨间隙，a为安全系数。

研究的意义与价值

本研究提出了一种新的蛇行稳定性评估方法，通过监测动态轮轨位移，能够更直接、可靠地反映轮轨接触状态，从而为列车的安全运行提供了新的评估手段。与传统的基于加速度的方法相比，DWRD方法不仅能够准确反映蛇行频率，还能直接评估轮轨接触的安全性，具有重要的科学和应用价值。

研究的创新点

1. 新的信号源：首次提出将动态轮轨位移（DWRD）作为评估蛇行稳定性的信号源，克服了传统加速度方法的局限性。
2. 虚拟点追踪方法：基于简化的YOLO模型和改进的UNet模型，开发了一种高效的计算机视觉方法，能够实时监测DWRD。
3. 实验验证：通过全尺寸滚轮试验台的实验，验证了所提出方法的可行性和准确性，并与传统方法进行了对比，展示了其优势。

结论

本研究通过多体动力学仿真和实验验证，提出了一种基于动态轮轨位移的蛇行稳定性评估方法。该方法不仅能够准确反映蛇行频率，还能直接评估轮轨接触状态，为列车的安全运行提供了新的评估手段。未来的研究将进一步优化深度学习模型，并将其应用于实际线路条件，以实现更高效的实时监测。