车辆主动悬挂控制系统研究

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1、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

2、-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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、车控制性能指标，日本研究人员在山阳新干线上，以300km/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

8、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性能［8］。我国虽然对主动控制技术应用于铁路领域的研究起步较晚，但研究成果还是非常丰富的，其中大量研究者着重对主动控制的方法理论进行了研究。戴焕云、张汉全等在进行列车主动悬挂的控制方法研究时，对鲁棒控制理论进行了较为全面的阐述和分析，将鲁棒控制策略运用于机车车辆主动悬挂的控制中，并以台架试