磁悬浮列车动力学研究方法综述.docx

第36卷第1期2019年2月Vol.36

第36卷第1期2019年2月

Vol.36No.1Feb.，2019

JournalofEastChinaJiaotongUniversity

文章编号：1005-0523（2019）01-0025-08

磁悬浮列车动力学研究方法综述

肖乾，许旭，陈光圆

（华东交通大学运载工具与装备教育部重点实验室，江西南昌330013）

摘要：在轨道交通领域中，磁悬浮列车的行驶方式不同于平常列车，它不再受限于传统轮轨接触式的行驶方式，可借助电磁力克服重力，脱离地面，实现了列车与轨道之间无接触的导向和悬浮。作为当前最为先进的运输方式，磁悬浮列车无疑成为各国着力研究的重要科技领域，为了提高行驶的安全性和改善行驶的平顺性，国内外学者针对磁悬浮列车相关动力学问题开展了大量研究，在理论分析、数值仿真等方面取得了重要成果。针对已有的成果，阐述了磁悬浮列车在动力学建模、动力学特性研究和悬浮控制等方面的研究现状及成果，并且对进一步的研究提出了建议和展望。

关键词：磁悬浮列车；动力学建模；动力学研究；悬浮控制中图分类号：U292文献标志码：A

因为轨道的电磁力作用，磁悬浮列车悬浮在轮轨之上，行驶过程中不和轮轨发生接触，所以只受到空气阻力的影响。随着科技的发展，磁悬浮列车的最高时速可以达到500km以上，与高速轮轨列车相比而言，速度有了极大的提升，在长途旅行中更具优越性。磁悬浮列车在环保、安全和低能耗等方面也有明显优势：因为只存在空气阻力的影响，在相同工况下，与当今最领先的轮轨列车、汽车和飞机等运输方式相比，磁悬浮列车耗能最少；因为行驶时不与轨道产生摩擦接触，所以磁悬浮列车行驶时产生的振动较小，由此产生的噪音较低；由于电力驱动磁悬浮列车运行，因此存在的污染很小，对生态环境造成的破坏同样很小。

磁悬浮列车要想实现高速行驶，需要对其进行长期的试验检验，以保证列车行驶的安全性和稳定性。磁悬浮列车在行驶时，对运行轨道、路线的平整度和路基下沉量都有很高的标准要求，以保证安全的轮轨悬浮间隙。为了提高磁悬浮列车行驶的安全性，改善列车行驶的平顺性，磁悬浮列车的相关动力学研究工作也表现得尤为重要，而动力学建模和仿真分析是其中尤为重要的技术手段。磁悬浮列车在带来科技便利的同时，仍然有很多的科技难题需要攻克和解决，因此对于磁悬浮列车而言，将传统的动力学问题研究拓展到与行驶相关的一切因素和领域，全面而深入地开展磁悬浮列车系统的动力学研究，已经逐步成为科研趋势。现今关于磁悬浮列车相关动力学的研究，虽然国内外学者取得了巨大的进展，但是这些方法仍存在各自的不足和缺陷，目前还难以使得系统安全高效地运行。鉴于上述存在的问题，本文基于国内外学者取得的科研成果，针对磁悬浮列车在动力学建模、动力学特性研究和悬浮控制等方面进行了相对完整的整理阐述，并且对进一步的研究提出了建议。

1磁悬浮列车的动力学建模方法研究

罗芳和张昆仑[1]计算和分析电磁铁电磁力时，未考虑气隙及附近磁场沿长度方向，将悬浮力、横向力及侧滚力矩分别与长度大致看成线性关系，且U型电磁铁为细长形，根据这些因素建立了简化的二维模型进

收稿日期：2018－04－12

基金项目：国家自然科学基金资助项目；江西省杰出青年人才资助计划项（20171BCB23058）；西南交通大学牵引动力国家重点实验室开放课题（TPL1407）

作者简介：肖乾（1977—），男，教授，博士，研究方向为轮轨关系。

26华东交通大学学报2019年

行计算，如图1所示，模拟仿真发现在磁悬浮列车的行驶过程中，导向稳定性会受到相对较大的影响。二维模型有其局限性，所以在计算分析电磁力时仍然需要深入而全面的研究，三维空间研究更为直观，且反映各方向的受力及变化更为具体。

为了有效且准确地找到悬浮和导向稳定性的影响因素，鲍佳[2]先利用SIMPACK建立了简化悬浮系统的三维模型，克服了二维模型研究分析的局限性，然后考虑刚性车体、刚性轨道有激扰的模型，最后建立刚性车体、弹性轨道梁和悬浮导向控制系统的综合模型，由于悬浮、导向稳定性和车轨耦合振动的问题