摆式列车倾摆控制信号的实时检测与处理

《摆式列车倾摆控制信号的实时检测与处理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、西南交通大学硕士研究生学位论文第2页上式中：Ⅱ为轨面倾角，蝴为外轨超高大小，G为轮对左右滚动圆间距。嘞的方向在轨道平面内。外轨超高的大小是根据曲线半径和列车通过曲线的速度来确定的，考虑到列车运行的安全性，一般在客货混跑的线路上，超高是根据货车的平均速度来确定的。由于客车运行速度远大于货车速度，因此线路设定的超高量对客车来说是远远不够的。这样，旅客就必须承受由此产生的未平衡离心力。客车通过曲线的速度越大，未平衡离心力就越大，超过一定值时会影响旅客乘坐的舒适性，这样就限制了速度的提高。图1-1摆式列车的工作原理示意图摆式列车可以在保证乘坐舒适性[12-1

2、5】的前提下提高通过曲线的速度。其基本原理是，在客车通过曲线时使车体向超高的方向倾摆一定的角度，相当于增大了外轨超高，可以更多地补偿列车提速后的未平衡离心加速度。如图1．1，当列车以速度v(m／s)通过曲率半径为R、超高为瑚(轨面倾斜角为a1)的弯道时，如果其倾摆角为毗，则作用在旅客身上的未平衡横向加速度为r1，2]口。=I÷COS(aI-I-口2)一gsin(al4-口2)I(1—2)L』【J以的方向与客车的地板平行(与％的方向夹角为a2)。式(卜2)中，f／u=0时的速度Ⅶ称为平衡速度，列车以速度vD通过曲线时，离心力得到完全补西南交通大学硕士研

3、究生学位论文第3页偿。显然，vD是与d2相关的，Gt2越大，V0越高。然而，受多种因素限制，啦不可能很大，一般在±8。以内。根据式(1-2)就可以得出摆式列车的控制原理：从弯道的直缓点开始，逐步提高倾摆角啦，到进入缓圆点，使车体保持在曲线区段的最大倾摆位置，从而可以在保证未平衡离心加速度a。不大于0．8m／s2的舒适度前提下，提高列车的曲线通过速度。使车体倾摆的方法有两种[1,5-6,8-11l：一种是靠车辆通过曲线时的离心力的作用，使车体绕摆心转动，这种倾摆方式不需要外加的倾摆动力，称为自然摆或被动摆，如意大利的Talgo和日本的381系列摆式列车

4、采用的就是被动摆方式；另一种是外加倾摆动力，通过作动器使车体倾摆，这种方式称为主动摆或强制摆。被动摆机构简单，不需要作动器、驱动能源、控制监视和信号的实时检测与处理系统等，但由于摆角小、提速少，因而很少采用。主动摆则需要倾摆控制、信号检测与处理等复杂的系统，造价也比被动摆式列车高，但由于摆角大、提速大，世界上在运营的摆式列车绝大多数采用的是主动摆方式，如瑞典的X2000、意大利的Pendolino系列及德国的VT610和VT611等。1．2主动摆式列车的倾摆控制信号检测技术摆式列车倾摆机构的控制信号可以是未平衡离-t；qJn速度或离心力，或其它相关信

5、息如轨道超高、曲线曲率、列车运行位置和运行速度等的融合。相关的检测技术可分为外部(包括地面和空间)定位和车载实时检测两大类

6、2J。外部定位方式是将摆式列车运行线路中所有曲线的有关信息如曲线超高、曲线半径和缓和曲线长度等参数存储在车上的控制计算机内，列车通过某一曲线时，根据列车运行速度和每节车辆在曲线上的位置即可确定其倾摆角度。这种方式唯一需要借助外部提供的信息就是列车运行的准确位置。采用该技术的有日本的地面和车辆交换信息的“地面应答系统(ATs)”，以及利用GPS的全球卫星定位系统。地面应答方式技术简单，可靠性高，但沿线设置大量的应答装置耗资大且维护

7、保养困难。卫星定位方式又受到地形地貌以及隧道阻隔等影响，其应用受到局限[16．17)。车载实时检测装置是利用加速度传感器和陀螺仪等设备及相关的信号处理技术给倾摆控制计算机提供车体倾摆的参数，如意大利的ETR450和瑞典的X2000摆式列车。车载实时检测方式对线路的适应性好，对我国绝大部分地区来说，比较可行的仍然是车载实时检西南交通大学硕士研究生学位论文第4页测方式【2】。实时检测方式直接检测未平衡离心加速度来控制车体的倾摆。如果将加速度传感器安装在转向架上，则测得的是横向加速度。该信号包含了未平衡离心加速度和车辆的横向振动成份，需要经过低通滤波检出未

8、平衡离心加速度才能作为控制信号。而滤波会造成信号延时，因此检测系统中还必须获得无延时的同步信号，对滤波延时进行补偿。国外摆式列车有两种实用的补偿技术[5-6,8-10,17】，即陀螺补偿法和轨道负荷分配差异补偿法。陀螺补偿法是通过安装在转向架上的陀螺仪测量线路外轨超高的变化，即侧滚角速率，该参数可以简单地转换为外轮升起的速度f墟o9】，或者称为超高时变率，由此判断列车是否进(出)缓和曲线，并给出同步补偿信号，校正滤波后未平衡离心加速度的延时。这是意大利ETR450系列摆式列车的同步补偿方式。轨道负荷分配差异法是在每节车辆的前后转向架上安装一个角度传感

9、器，当列车进(出)曲线时，轨道负荷分配的差异即表现为角度传感器测得的角度差，根据该差值可以判断列车是否进(出