[發明專利]高速列車側滾、點頭、搖頭動態行為的力矩控制方法

有效

• 申請號: 201911053251.5
• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN110641501B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發明（設計）人: 張春巍;王昊;徐洋
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: B61F5/38
• 分類號: B61F5/38;B61C17/00
• 代理公司: 深圳市韋恩肯知識產權代理有限公司 44375
• 代理人: 黃昌平

本申請公開本申請實施例的高速列車側滾、點頭、搖頭動態行為的力矩控制方法，所述高速列車包括控制裝置，所述控制裝置包括車尾控制模塊、列車側向控制模塊和車頂及車底控制模塊，三個控制模塊之間相互配合作用，產生對應方向的控制力矩，直接作用在列車車體，分別對高速列車的側滾、點頭、搖頭動態行為進行抑制。該方法直接產生作用在車體上的控制力矩，實現列車帶有轉動動態行為如側滾、點頭、搖頭的抑制。

技術領域

本申請實施例涉及鐵路工程振動抑制等相關工程技術領域，尤其涉及高速列車側滾、點頭、搖頭動態行為的力矩控制方法。

背景技術

高速鐵路具有速度高、能耗低、運力大、安全等諸多經濟技術優勢，已經成為世界各國優先發展的和諧友好綠色交通工具。

在車輛等結構中合理地安裝振動控制系統可以有效的降低車輛的不利動態行為，減小車體動態響應，維護車體穩定，減輕車體的破壞及損傷，保證乘客的舒適度，達到安全性、經濟性與舒適可靠性的合理平衡。大量研究表明：振動控制裝置如列車懸掛系統，可以有效降低列車在運行中的不利動態響應，有效提高列車的運行穩定性，保證乘客的舒適度。

高速列車的運行平穩性一直是機車車輛研究的熱點，列車的減振技術對保證列車安全平穩運行、保證列車及軌道服役壽命、保證鐵路基礎輔助設施具有重要意義。列車減振技術有利于列車平穩性提高，進而提高其運行速度。現以包西高鐵銅川至延安段速度目標值方案研究為例分析對經濟效益的影響。在運價率相同時，速度目標值為350km/h的財務內部收益率為0.84，速度目標值為300km/h的財務內部收益率為0.73，提高了0.11，由此可見，列車的運行速度的提高對于經濟效益的貢獻的重要性，進一步說明了列車平穩性提高的重要性以及我們研究平穩性的重要意義。

高速鐵路運行速度快，其動態行為復雜，在運行過程中可能遭受軌道不平順、列車會車氣壓差以及風、雨、雪等外界因素的動態行為，已不是單一的運動模式的控制問題，而是涉及到車體平動(沉浮、橫擺和伸縮)、搖擺運動(點頭、搖頭和側滾)及其耦合振動與運動的復雜問題，研究適用于解決列車復雜動態行為的控制系統具有重要的理論與現實意義。

另一方面，針對高速列車的動態行為，目前普遍采用懸掛系統來對列車的振動及其他不利動態行為進行控制。懸掛系統的減振性能是保證列車的舒適性、安全性和運行平穩性的重要指標。當前懸掛系統主要包括被動、半主動和主動三種懸掛方式，由于主動懸掛可以更有效降低車體的振動，更明顯改善列車的乘坐舒適性，是目前最為積極有效的控制技術，已經越來越受到學者的關注。而針對列車的動態行為，現有的懸掛系統主要分為兩個作用方向：垂向和橫向。懸掛系統垂向控制作用主要針對車體的沉浮、點頭、側滾，橫向控制作用主要針對車體的搖頭和橫擺。懸掛系統的安裝可以有效降低車體的振動，改善列車的運行平穩性。但是，由于當今懸掛系統均僅分為垂向和橫向兩個作用方向，其出力方向也僅限于兩個方向，這使得懸掛系統的控制作用無法得到充分發揮，列車的不利動態響應無法得到充分抑制。因此，專家學者仍聚焦于改善懸掛系統技術，提高懸掛系統的控制效果，從而使控制系統能夠發揮更大作用，提高列車的運行平穩性。

現有研究對于列車動態行為的控制均采用天棚阻尼器的假設，如圖1所示，假設虛擬墻具有無窮大的剛度，虛擬天棚減振器和實際減振器實現列車的動態行為消減作用。現有技術懸掛系統采用減振器，犧牲有限質量的轉向架運動，列車內部構造消耗振動能量，從而實現控制作用。然而實際列車轉向架質量有限，對于具有轉動成分的運動形式控制效果有限。

而且，對于現有列車動態行為控制的天棚阻尼器假設分析方法，本身具有不合理性。如圖2所示，現有簡化分析方法本質是忽略了轉向架質量有限的事實，假設虛擬天棚減振器輸出力的作用抑制車體動態行為，而忽略了車體作用虛擬減振器的反作用力。然而，由于實際車體轉向架質量有限，是一個質量有限的子系統，車體的反作用力對于車體自身、轉向架以及列車整體的動態行為具有不可忽略的影響，因此，需要綜合考慮車體反作用力對于車體動態行為控制效果的影響。