车辆主动悬挂控制系统研究.docx

第 9 期( 总第 487 期)铁道机车与动车2014 年 9 月檵檵檵檵檵檵檵檵檵试 验 · 研 究檵檵檵檵檵檵檵檵檵车 辆 主 动 悬 挂 控 制 系 统 研 究修 源，李 芾( 西南交通大学 机车车辆工程系，四川 成都 610031)摘要: 介绍了车辆主动悬挂控制结构原理和特点，对主动悬挂控制的几种常见控制策略作了 分析。简单比较了车辆悬挂系统的优缺点，阐述了国内外机车车辆主动悬挂控制的发展，指出我国 主动悬挂控制在机车车辆悬挂应用的必要性。关键词:车辆悬挂系统;主动悬挂控制; 控制策略中图分类号: U260． 11文献标识码: B文章编号: 2095-5901( 2014) 09-0001-05随着经济的发展，生活水平不断改善，人们对 出行质量的要求越来越高，提高车辆运行平稳性和 乘坐舒适性也显得越发重要。改善机车车辆运行 平稳性的措施，主要有提高线路等级和改进车辆悬 挂系统两个方面。我国铁路己连续实施提速，旅客 列车的运行速度不断提高，然而一些线路受条件限 制无法改造，许多既有线线路质量并不佳。因此对 车辆悬挂系统的设计与改善研究得到重视，设计性 能更佳的车辆悬挂系统成为进一步提高车辆运行 平稳性，改善其乘坐舒适性的主要途径［1］。主动悬 挂控制技术以其良好的悬挂性能为改善机车车辆 动力学性能提供了广阔的应用前景。1车辆主动悬挂控制系统分类列车悬挂系统是车辆的轮对、转向架构架、车 体三者之间传递耦合作用力装置的总称，主要由弹 性元件和阻尼元件组成。为了提高列车运行的平 稳性，通过长期对悬挂系统控制技术的分析和研 究，相继出现了被动悬挂控制系统和主动悬挂控制收稿日期: 2014-01-22作者简介: 修源 ( 1989—) ，男，四川华蓥人，在读硕士研 究生。系统两种基本方式［2］。传统的被动悬挂控制方式 中弹性元件的刚度和阻尼元件的阻尼值在列车运 行过程中不可调节，一旦受到激扰能量或者悬挂系 统参数的变化，列车的减振性能效果就会相应变 化，从而限制了车辆悬挂性能的提高。图 1 车辆悬挂系统列车主动悬挂控制是指提前设计好控制方式， 能根据列车运行时激扰能量的变化或悬挂系统参 数的变化实时调整车辆的悬挂作用力或者阻尼值， 以适应不同线路和运行状况，从而提高列车运行平 稳性。依据是否需要外界提供能量来实现控制作 用，列车主动悬挂可分为有源主动悬挂控制( 通常 称为全主动悬挂控制或主动控制) 和无源主动悬挂 控制( 通常称为半主动悬挂控制) ［3］。图 1 为机车 车辆的被动悬挂系统、全主动控制悬挂系统和半主 动控制悬挂系统的基本方式。2铁道机车与动车2014 年2国内外主动悬挂控制的发展自上世纪 60 年代主动悬挂控制登上机车车辆 悬挂的历史舞台，世界各国对列车主动悬挂控制技 术展开了系统的研究与试验。1970 年，G． N． Sarma 针对动力学性能考虑 7自由度主动悬挂模型( 车体摇头、横移、侧滚及每台μ 方法设计了鲁棒控制器，并进行了整车试验研 究，研究表明所设计的控制器对车辆的运行平稳性 有一定改善［13］。王月明针对铁道车辆半主动悬挂 模型的非线性特性，研究了采用神经网络的自适应 控制在车辆悬挂半主动控制中的应用，并设计了采 用前馈神经网络的辩识器和控制器，对控制器网络 采用的学习规则进行了分析，仿真计算表明该方法［14］转向架的横移和摇头) 研究了高速列车主动悬挂系能有效改善车辆的运行平稳性。丁问司、卜继统的设计问题［4］。1981 年，Hedrick 研 究 列 车 主动悬挂控制技 术［5］，并在 Amtraek 列车上安装二系横向主动悬挂玲等针对国内铁道车辆发展的实际情况，对我国高速列车横向半主动悬挂系统控制策略、高速开关阀 控制 的 横向半主动减振器等进行了深入的研 ［15，16］系统，并进行了实车测试。试验结果表明，主动悬究。挂使车体横向加速度均方根、二系横向悬挂行程均有明显下降。1996 年，为了验证采用半主动减振 技术的高 速列车控制性能指标，日本研究人员在山阳新干线 上，以 300 km / h 的试验速度对其 500 系高速列车 动车组进行了相关的实车试验。分析结果表明: 高 速列车车体的横向加速度和横向加速度的能量谱 有明显的下降［6］。此后，日本的新干线高速列车车 辆中开始广泛采用半主动悬挂控制装置。Siemens 公司开发的 SF600 转向架，二系横向 采用了主动弹簧加半主动阻尼器的悬挂系统，具有 主动倾摆系统的舒适 性［7］。 德国城间摆式列车 ICT 采用了该转向架。S． Bruni 等为了避免铁道车辆蛇行失稳，提高 车辆运行速度，研究了抗蛇行减振器主动控制，避 免铁道车辆蛇行失稳，开发了可控机电抗蛇行减振 器，并通过实验台试验和数值仿真计算，验证了机 电抗蛇行减振器的