铁道车辆一系悬挂垂向变阻尼系统的开发

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1、万方数据30国外铁道车辆第50卷第5期2013年9月文章编号：1002—76i0(2013)05—0030—06铁道车辆一系悬挂垂向变阻尼系统的开发YoshikiSUGAHARA，等(日)摘要：为了抑制车体垂向弯曲振动，提高铁道车辆乘坐舒适度，开发了一系悬挂阻尼控制系统。本文介绍了此系统的构成，并介绍了装有开发的可变一系垂向减振器的车辆在新干线数条线路上的运行试验情况。试验结果表明，该系统能有效降低车体一阶弯曲模态的垂向振动加速度，并改善乘坐舒适度。关键词：铁道车辆；悬挂系统；试验；日本中图分类号：U270．331+．5文献标志码：BTh

2、eDevelopmentofVerticalVariableDampingSystemofPrimarySuspensionforRollingStocksYoshikiSUGAHARA，eta1．(Japan)Abstract：Theprimarysuspensiondampingcontrolsystemisdevelopedtocontroltheverticalcarbodybendingvibrationandimprovetheridecomfortofrollingstock．Thecompositionofthesyste

3、misdescribedinthispaper，andtheoperationtestingofvehiclesmountedwiththevariableprimarysuspensionverticaldampersarealsodescribed．Thetestresultshowsthatthesystemcanefficientlyreducetheverticalvibrationaccelera—tionofthefirst—orderbendingmodalconditionsofthecarbody，andcanimpr

4、ovetheridecomfort．Keywords：rollingstock；suspensionsystem；test；Japan1概述振动控制系统，例如半主动和主动悬挂系统的采用，让最近开发的日本新干线车辆的水平乘坐舒适度有了很大改善[1‘2]。乘客现在更易感觉到的是垂向振动而不是水平振动。因此，要进一步改善乘坐舒适度，就需要安装车体垂向振动抑制系统，以抑制车体垂向弹性振动(特别是一阶弯曲模态振动)[33。上述振动频率范围为8Hz～12Hz，接近人类比较敏感的垂向振动频率4Hz～8Hz。对日本新干线车辆来说，一阶弯曲模态振动常常较为

5、棘手，这是因为新干线车辆必须要尽可能地轻量化，以便达到高的运行速度，同时还要与轨道和环境相匹配n]。到目前为止，出现了很多种抑制车体一阶弯曲模态振动的方法。以往抑制车体弯曲振动采用的方法主要有以下几种：(1)通过采用阻尼材料[5]或者动态减振器的方法[6]来耗散振动能量；(2)采用车体与转向架动力相互作用的方法啪；(3)通过在车体上粘贴压电式应变片直接在车体上施加阻尼力的方法[8’93；收稿日期：2012一11—09(4)通过在二系悬挂装置基础上增加作动器和可变减振器的方法[1∞111；(5)在车体上安装主动质量阻尼装置以及在二系悬挂装置

6、上安装作动器，也被用来作为同时抑制车体弯曲模态振动和刚体模态振动的方法[12

7、。尽管上述方法有些正在运行试验中进行评估，但是关于有效抑制车体一阶弯曲模态振动、显著改善乘坐舒适度的报告却寥寥无几。本文给出了一种新颖的抑制车体振动的方法，此方法是通过控制车体一系悬挂装置阻尼力来实现的。需要特别指出的是，转向架构架的垂向振动是引起车体振动的主要原因，可以通过控制车辆一系悬挂系统得到有效抑制，进而使车体的振动得到抑制。此方法最显著的特征是不需要改动车体和二系悬挂系统，其显著效果已经通过数值仿真和振动激励试验得到印证‘1⋯。本文的一个目的是通过新干

8、线车辆试验来演示振动抑制的效果并开发此系统的样机。本文还论述了为满足实际应用而对所提出系统所做出的诸多改进。本文将从以下几个方面加以详细阐述：首先，简单介绍所提出系统的整体结构和为新干线车辆运行试验而开发的可变一系垂向减振器。万方数据铁道车辆一系悬挂垂向变阻尼系统的开发YoshikiSUGAHARA，等(Lt)31其次，讨论新干线车辆在商业运营线路上实施高速运行试验的试验结果，并证实此方法的有效性。最后，详细论述了该系统为符合实际应用而进行的改进情况及其运行试验结果。2系统构成与控制算法2．1系统构成图1为所提出系统的总体结构。用于控制车

9、体弯曲振动的可变垂向减振器与一系悬挂装置(轴箱弹簧)并联在转向架上，每辆车安装8个一系可变垂向减振器。整套控制系统由车体内部控制器、装于车体和每台转向架构架上的加速度计、装于车体上的传感器(若