为了缓解城市交通拥堵和环境污染问题,对城市轨道交通的需求日益增加。城市地面轨道交通为了方便乘客上下车,通常采用低地板型式轻轨列车,在这样的条件下转向架通常需要采用独立轮对。由于独立轮对的导向性能差,进而会诱发严重的轮缘磨耗和曲线啸叫噪声,因此,城市轻轨低地板列车面临着三大动力学难题:导向问题、磨耗问题和噪声问题。本文针对这三大关键动力学问题展开深入研究,具体研究工作如下:(1)建立了考虑车间耦合、机电耦合及车线耦合关系的城市轻轨低地板列车系统动力学模型。针对五模块型式列车,对独立轮对、构架和车体分别进行了受力分析,重点考虑了车铰对车体的耦合作用,建立了五模块的城市轻轨低地板列车系统动力学模型。针对具有发展前景的永磁同步直驱轮边电机的驱动方式特点,建立了机电耦合的电流矢量控制模型。根据嵌入式轨道的特点,将钢轨考虑为连续弹性基础Timoshenko梁,建立了车线耦合模型。三种耦合模型共同构成了完整的城市轻轨低地板列车耦合系统动力学模型。(2)分析了传统轮对与独立轮对的导向机理,阐述了独立轮对导向性能差的根源。利用城市轻轨低地板列车耦合系统动力学模型,分析了独立轮对不同导向控制方法的优缺点,提出了基于轨道中心线及径向线双目标的独立轮对差速控制策略。通过仿真分析,该控制方法可有效改善独立轮对在各种半径曲线上的导向性能。(3)建立了适用嵌入式槽形钢轨的轮轨多点接触磨耗模型,结合城市轻轨低地板列车耦合系统动力学模型,采用修正后的Contact算法与Archard磨耗模型对传统轮对与独立轮对进行磨耗计算,并分析了各自的磨耗特征。通过仿真分析,本文提出的独立轮对差速控制方法,可以大大降低独立轮对的轮轨磨耗。(4)建立了轮轨啸叫噪声预测模型,结合城市轻轨低地板列车耦合系统动力学模型,计算了车轮与轨道的频响特征,分析了传统轮对与独立轮对通过曲线产生啸叫噪声的内因。通过仿真分析,本文提出的独立轮对差速控制方法,可以显著降低独立轮对通过曲线的啸叫噪声。