[发明专利]高速列车动态行为主被动混合控制系统

说明书

本发明涉及铁路工程振动抑制等相关工程技术领域，具体而言，涉及一种高速列车动态行为主被动混合控制系统，其包括平动成分控制单元和转动成分控制单元；平动成分控制单元通过连接板固定在列车车体上，转动成分控制单元连接在平动成分控制单元上；平动成分控制单元包括安装在连接板上的轨道板Ⅰ、活动板Ⅰ、轨道板Ⅱ以及活动板Ⅱ，转动成分控制单元包括被动控制总成和主动控制总成，被动控制总成连接在活动板Ⅱ上，主动控制总成与被动控制总成连接，该发明可以同时抑制运行中的转动和平动，弥补了现有高速列车振动控制悬挂系统技术的空缺，减小车体受动态扰动的不稳定运动行为，增强车体动态稳定性能，减轻车体的破坏及损伤，提高列车服役寿命。

技术领域

本发明涉及铁路工程振动抑制等相关工程技术领域，具体而言，涉及一种高速列车动态行为主被动混合控制系统。

背景技术

高速铁路运行速度快，其动态行为复杂，在运行过程中可能遭受轨道不平顺、列车会车气压差以及风、雨、雪等外界因素的动态行为，已不是单一的运动模式的控制问题，而是涉及到车体平动(沉浮、横摆和伸缩)、摇摆运动(点头、摇头和侧滚)及其耦合振动与运动的复杂问题，研究适用于解决列车复杂动态行为的控制系统具有重要的理论与现实意义。

另一方面，针对高速列车的动态行为，目前普遍采用悬挂系统来对列车的振动及其他不利动态行为进行控制。悬挂系统的减振性能是保证列车的舒适性、安全性和运行平稳性的重要指标。当前悬挂系统主要包括被动、半主动和主动三种悬挂方式，由于主动悬挂可以更有效降低车体的振动，更明显改善列车的乘坐舒适性，是目前最为积极有效的控制技术，已经越来越受到学者的关注。而针对列车的动态行为，现有的悬挂系统主要分为两个作用方向：垂向和横向。悬挂系统垂向控制作用主要针对车体的沉浮、点头、侧滚，横向控制作用主要针对车体的摇头和横摆。悬挂系统的安装可以有效降低车体的振动，改善列车的运行平稳性。但是，由于当今悬挂系统均仅分为垂向和横向两个作用方向，其出力方向也仅限于两个方向，这使得悬挂系统的控制作用无法得到充分发挥，列车的不利动态响应无法得到充分抑制。因此，专家学者仍聚焦于改善悬挂系统技术，提高悬挂系统的控制效果，从而使控制系统能够发挥更大作用，提高列车的运行平稳性。

现有技术悬挂系统采用减振器，牺牲有限质量的转向架运动，列车内部构造消耗振动能量，从而实现控制作用。然而，由于实际车体转向架质量有限，是一个质量有限的子系统，车体的反作用力对于车体自身、转向架以及列车整体的动态行为具有不可忽略的影响，对于具有转动成分的运动形式控制效果有限。因此，需要综合考虑车体反作用力对于车体动态行为控制效果的影响。

另外，悬挂系统针对车体的沉浮、点头、侧滚、摇头和横摆有一定的控制作用，但是，由于现有的悬挂系统技术均仅分为垂向和横向两个作用方向，其出力方向也仅限于两个直线方向。但是，由于现实情况下，列车的动态响应会产生类似于转动形式的运动，如图1(a),(b),(d)。现有技术对于图1(c),(e)所示的运动形式，控制作用较为理想，悬挂系统的出力方向沿直线，可以充分发挥出其控制效果。然而，对于图1(a),(b),(d)中，摇头、侧滚、点头等具有转动成分的运动形式，现有的悬挂系统技术提供的直线力作用，无法形成最有效的控制力作用，这使得现有的悬挂系统的控制作用无法得到充分发挥，列车的不利动态响应无法得到充分抑制。

对于以上具有转动成分的运动形式如侧滚运动，对于这些具有转动成分的运动形式，最理想的控制方式是施加控制力矩的作用，这会对以上动态行为起到充分的抑制作用，对维持车体的稳定性，提高乘客的舒适度，具有非常重要的意义。而通过大量试验和研究表明，两个直线力作用，悬挂系统的控制力特性呈现出了较强的非线性，对于不同的激励频率，系统控制效果不同，甚至在某种激励频率下，悬挂系统非但没有控制效果反而会放大体系的响应，无法产生预期的控制力矩作用，因此，需要研究一种可以直接提供控制力矩作用的控制方法，来对列车的以上带有转动成分的动态行为，施加直接有效的控制作用。