《Eng》：Determination of Critical Speed of Railway Vehicles Using Measuring Technologies of Bench Tests
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本文侧重于提高台架试验测量中确定铁路车辆临界速度的可靠性问题，这是由于“轮-滚轮”和“轮-轨”系统中接触相互作用的几何差异。研究表明，现有的动态稳定性分析方法和测量信号处理方法没有考虑等效锥度（equivalent conicity）对测量结果的系统影响，导致
本文侧重于提高台架试验测量中确定铁路车辆临界速度的可靠性问题，这是由于“轮-滚轮”和“轮-轨”系统中接触相互作用的几何差异。研究表明，现有的动态稳定性分析方法和测量信号处理方法没有考虑等效锥度（equivalent conicity）对测量结果的系统影响，导致即使测量设备精度高，稳定性损失阈值的评估也会发生偏移。提出了一种信息测量方法，该方法基于轮/轨接触等效锥度与临界速度之间关系的解析描述。建立了一个综合误差模型，整合了几何、计量和随机分量。还提出了一种基于考虑等效锥度比值的系数来修正台架试验结果的方法。研究发现，忽略接触相互作用的几何失配会导致临界速度确定误差在8%到15%之间，而应用所提出的方法可将其降至1%到2%以下。此外，还使用了振荡过程的频率分析。它允许研究人员识别约8 Hz频率范围的临界模式，并建立其与运动临界速度的联系。实验证实，修正后的结果与计算值在1%以内一致。所得结果提高了台架研究和运行研究的计量一致性，扩展了试验结果解释的可能性，并可用于开发铁路车辆诊断、认证和极限运行模式预测的方法。所提出的方法提高了台架试验中确定临界速度的可靠性，并且可用于分析补偿系统误差，而无需升级测试设备。
铁路车辆动态稳定性是保障运输安全的关键，台架试验作为实验室与线路运行之间的中间环节，具有可重复性和可控性优势，但轮-滚轮（wheel-roller）接触与轮-轨（wheel-rail）系统的几何差异导致系统误差，使临界速度（critical speed）的测量结果偏离实际值。现有研究多聚焦于数值建模或信号处理，缺乏对接触几何差异的系统性考虑，导致台架与线路结果的一致性不足。为此，研究人员开展了本研究，旨在通过建立等效锥度（equivalent conicity）与临界速度的解析关系，开发信息测量技术，补偿系统误差，提高台架试验的可靠性。论文发表在《Eng》。
研究人员采用的主要关键技术方法包括：基于Klingel模型建立等效锥度与临界速度的线性化解析关系；开发综合误差模型，整合几何、计量和随机分量；提出基于等效锥度比值（λ
st/λ
kr）的修正系数K
cor；在RTU型滚轮台架上进行实验验证，使用多通道信息测量系统记录转向架构架横向加速度，通过频谱分析识别自激振荡对应的临界频率。
研究结果：
（1）实验验证与修正效果：在RTU型台架上，通过逐步增加滚轮转速并记录横向加速度频谱，发现自激振荡的临界频率范围约为7.8–8.1 Hz。参考“轮-轨”系统的计算临界速度为33.0 m/s，台架测量值为31.2 m/s，相对系统误差为5.45%。通过测量接触几何参数，得到台架等效锥度λ
st=0.18，实际轨道等效锥度λ
kr=0.16，计算修正系数K
cor=1.06。修正后临界速度为33.072 m/s，相对误差降至0.3%，系统误差从5.45%降至约0.3%，绝对偏差从1.8 m/s降至0.1 m/s。
（2）频率分析与振幅分布：频谱分析表明，接近临界速度时出现明显共振峰，频率范围7–9 Hz（以约8 Hz为主导）。振幅分布直方图显示，8–10 Hz区间能量集中，对应自激振荡模式的建立，该频率范围可作为识别临界状态的附加指标。
（3）敏感性分析与不确定性：根据解析关系，临界速度对等效锥度的相对敏感性为0.5，即等效锥度误差4%会导致临界速度误差约2%。实验重复10次，平均临界速度31.2 m/s，标准偏差0.42 m/s，标准不确定度0.13 m/s，扩展不确定度0.30 m/s（95%置信水平）。修正后偏差0.01 m/s，远小于扩展不确定度，系统误差降低超过18倍。
讨论部分总结：研究证实接触几何失配是系统误差的决定性因素，修正系数可有效补偿，但模型基于线性化假设，未全面考虑非线性接触效应，且实验范围有限，需进一步针对不同车型、轮轨轮廓和工况进行验证。结论部分翻译如下：
本研究解决了当前台架试验中确定铁路车辆临界速度精度不足的科学与应用问题，通过考虑“轮-滚轮”和“轮-轨”系统接触相互作用的几何失配，取得了以下主要结果：建立了等效锥度差异导致系统偏移的定量关系，偏移量在所研究条件下为8%–15%；开发了等效锥度与临界速度之间的解析模型，降低了台架试验结果解释的不确定性；提出了基于等效锥度比值的修正系数方法，将系统误差从8%–15%降至1%–2%以下；实验证实修正后临界速度的计算值与实验值偏差不超过1%，在扩展不确定度范围内。科学意义在于建立了接触几何参数与临界速度误差之间的定量关系，扩展了动态稳定性分析的方法。实践意义在于无需改造设备即可将临界运动模式确定误差降低5–10倍。本方法的局限性在于使用了广义信息测量通道模型，未实验确定其各组成部分的幅频特性。未来研究将考虑非线性接触效应、扩展实验参数范围，并针对不同铁路车辆类型进行验证。
