一種高速列車懸掛系統(tǒng)半主動(dòng)安全控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高速列車懸掛系統(tǒng)控制領(lǐng)域，特別是涉及一種針對(duì)高速列車懸掛系統(tǒng) 橫向可控減振器的可以抑制列車輪對(duì)和轉(zhuǎn)向架橫向振動(dòng)、減小列車運(yùn)行中脫軌系數(shù)的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，隨著高速列車技術(shù)的飛速發(fā)展，列車運(yùn)行安全性問(wèn)題逐漸凸顯，作為一種 高效且相對(duì)廉價(jià)的運(yùn)輸方式，高速列車運(yùn)行安全性與人們的生活息息相關(guān)。
[0003] 通常，高速列車懸掛系統(tǒng)的控制方法分為被動(dòng)控制、半主動(dòng)控制和主動(dòng)控制方法。 其中，半主動(dòng)控制方法以其良好的控制效果和較低的成本而得到最為廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的 半主動(dòng)控制方法主要致力于減小列車車體的橫向振動(dòng)，從而改善列車的乘坐舒適性，如天 棚阻尼控制方法（Sky-hook)、加速度驅(qū)動(dòng)阻尼控制方法（ADD)和RS控制方法等，這些傳統(tǒng) 的控制方法雖然提升了列車的乘坐舒適性，卻忽略了列車運(yùn)行的安全性。
[0004] 在傳統(tǒng)的半主動(dòng)控制方法中，輸入變量包括車體橫向速度、車體橫向加速度、車體 與轉(zhuǎn)向架之間的橫向相對(duì)速度、車體與轉(zhuǎn)向架之間的橫向相對(duì)位移。然而，就列車的運(yùn)行安 全性而言，脫軌系數(shù)（列車輪軌橫相接觸作用力與列車輪軌縱向接觸作用力的比值）是最 為重要的指標(biāo)。傳統(tǒng)的半主動(dòng)控制方法之所以不能有效的抑制列車運(yùn)行中的脫軌系數(shù)，改 善列車運(yùn)行的安全性，最主要的原因在于傳統(tǒng)控制方法的輸入變量不能夠有效的反映列車 運(yùn)行中的輪軌接觸狀態(tài)，從而無(wú)法對(duì)列車運(yùn)行中的脫軌系數(shù)進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)和抑制。此外， 長(zhǎng)期以來(lái)，列車運(yùn)行中輪軌接觸橫向作用力的測(cè)量需要一種特制的輪對(duì)，這種輪對(duì)成本高 昂，因而沒有得到大規(guī)模使用，這是限制列車半主動(dòng)安全控制方法研究的一個(gè)重要因素。近 年來(lái)，列車狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展迅速，低成本、高效率的列車運(yùn)行輪軌橫相接觸作用力的測(cè)量 方法已經(jīng)得到廣泛使用，為高速列車半主動(dòng)安全控制方法的研究提供了實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。隨著高 速列車的提速，傳統(tǒng)控制方法在抑制列車運(yùn)行脫軌系數(shù)、改善列車運(yùn)行安全性方面的缺陷 逐漸顯現(xiàn)。
[0005] 目前，在所有半主動(dòng)控制方法中，天棚阻尼控制方法（Skyhook)應(yīng)用最為廣泛， Skyhook方法可以有效的維持列車運(yùn)行中車體的穩(wěn)定，減小車體的橫向振動(dòng)，提升乘坐舒適 性，但是，Skyhook方法對(duì)車體橫向穩(wěn)定性的改善是以犧牲轉(zhuǎn)向架和輪對(duì)的橫向穩(wěn)定性為代 價(jià)的，Skyhook方法使輪對(duì)和轉(zhuǎn)向架的橫向振動(dòng)增加，列車運(yùn)行脫軌系數(shù)增大，安全性能惡 化。
[0006] 如何減小列車運(yùn)行中的脫軌系數(shù)、提升運(yùn)行安全性是高速列車懸掛系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能 控制的關(guān)鍵，直接關(guān)系到列車進(jìn)一步提速的空間大小，前人對(duì)此已經(jīng)作了相應(yīng)的研究與探 討，基于不同的角度提出了相應(yīng)的控制方法。歸納起來(lái)有如下三種：(a)基于傳統(tǒng)控制方法 的混合控制方法（b)列車懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法（c)地棚控制方法（Groundhook)及其改 進(jìn)方法。上述幾種控制方法各有各的優(yōu)缺點(diǎn)。基于傳統(tǒng)控制方法的混合控制方法需要根據(jù) 實(shí)際情況確定"切換系數(shù)"，由于軌道激擾非常復(fù)雜，具有極強(qiáng)的隨機(jī)性，"切換系數(shù)"的確定 非常困難。列車懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法可以改善列車運(yùn)行的穩(wěn)定性，但成本高昂，并且難以 對(duì)現(xiàn)有列車進(jìn)行改造升級(jí)，只能在新生產(chǎn)的列車中進(jìn)行應(yīng)用。地棚阻尼控制方法及其改進(jìn) 方法以轉(zhuǎn)向架為控制目標(biāo)，有效的減小了轉(zhuǎn)向架的橫向振動(dòng)，提升了列車的運(yùn)行安全性，但 是，由于其輸入變量為轉(zhuǎn)向架橫向速度、列車車體與轉(zhuǎn)向架之間的橫向相對(duì)速度，并不能直 接的反映列車運(yùn)行中的輪軌接觸狀態(tài)，無(wú)法從根本上抑制列車輪對(duì)和轉(zhuǎn)向架的橫向振動(dòng)、 減小脫軌系數(shù)，對(duì)列車運(yùn)行安全性的提升作用非常有限。
[0007] 本發(fā)明的內(nèi)容深入考慮了列車運(yùn)行中的脫軌機(jī)理以及輪軌橫向接觸作用力與脫 軌系數(shù)之間的緊密關(guān)聯(lián)，提出了一種新的列車懸掛系統(tǒng)半主動(dòng)安全控制方法。到目前為止， 尚未見到與本發(fā)明相關(guān)的研究報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有針對(duì)列車運(yùn)行安全性的控制方法的不足，提供一種高 速列車懸掛系統(tǒng)半主動(dòng)安全控制方法。該方法在傳統(tǒng)天棚阻尼控制方法的基礎(chǔ)上，加入與 列車脫軌系數(shù)緊密相關(guān)的輪軌橫向接觸作用力作為輸入變量，構(gòu)建了一種全新的半主動(dòng)控 制方法，該方法可以有效的抑制列車運(yùn)行中輪對(duì)和轉(zhuǎn)向架的橫向振動(dòng)，減小列車運(yùn)行脫軌 系數(shù)，大大提升列車運(yùn)行的安全性。該方法簡(jiǎn)單易于實(shí)施，在高速列車懸掛系統(tǒng)中得到了成 功應(yīng)用，該方法有助于高速列車懸掛系統(tǒng)智能控制的實(shí)現(xiàn)。
[0009] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種高速列車懸掛系統(tǒng)半主動(dòng)安全 控制方法，該方法包括以下步驟：
[0010] 步驟1 :獲取列車運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括列車運(yùn)行中的輪軌橫向接觸作用力Fy、列車 車體橫向速度vb、列車車體與轉(zhuǎn)向架之間的橫向相對(duì)速度V」
[0011] 步驟2 :根據(jù)獲取的列車實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)Fy、vb、控制列車車體與轉(zhuǎn)向架之間 的橫向減振器輸出相應(yīng)的阻尼力，所述阻尼力大小通過(guò)以下方式得到：
[0013] 其中：C表示列車運(yùn)行中，控制方法控制列車與轉(zhuǎn)向架之間的橫向減振器輸出的 阻尼力大?。籆_、C_分別為列車車體與轉(zhuǎn)向架之間的橫向減振器能夠提供的最大阻尼力 和最小阻尼力；(；為根據(jù)軌道平順情況確定的列車車體與轉(zhuǎn)向架之間的橫向減振器所提供 的折中阻尼力，(：_〈(；〈(：_疋 s為列車靜止?fàn)顟B(tài)下輪軌橫向接觸作用力的平均值；F_、F_分 別為列車實(shí)際運(yùn)行中輪軌之間橫向接觸作用力的最大值和最小值；F up、FlOT*別為列車實(shí)際 運(yùn)行中能夠容忍的輪軌橫向接觸作用力的上限和下限，且F S〈FUP〈F_，F(xiàn)_〈FlOT〈Fs;"&&"表示 邏輯"與"；"I I"表示邏輯"或"。
[0014] 步驟3 :列車車體與轉(zhuǎn)向架之間的橫向減振器輸出相應(yīng)的阻尼力作用到列車車體 和轉(zhuǎn)向架上，抑制車體橫向振動(dòng)的同時(shí)，減輕轉(zhuǎn)向架和輪對(duì)的橫向振動(dòng)，從而在保障乘坐舒 適性和運(yùn)行安全性。
[0015] 進(jìn)一步地，根據(jù)軌道平順情況確定的列車車體與轉(zhuǎn)向架之間的橫向減振器所提供 的折中阻尼力，具體為：對(duì)于列車行駛速度多200km/h的軌道，（；=0. 1C_;對(duì)于列車行駛 速度 <200km/h 的軌道，（；=0· 8(：μχ;
[0016] 進(jìn)一步地，F(xiàn)up= 1. 5F s，F(xiàn)lOT= 0· 5F s。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明為高速列車懸掛系統(tǒng)半主動(dòng)安全 控制、高列列車運(yùn)行安全性提供了新的研究思路。所提出的高速列車懸掛系統(tǒng)半主動(dòng)安全 控制方法可以應(yīng)用于現(xiàn)有具備半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的高速列車，能夠有效的抑制列車運(yùn)行中輪 對(duì)和轉(zhuǎn)向架的橫向振動(dòng)，減小列車運(yùn)行中的脫軌系數(shù)，提升高速列車的運(yùn)行安全性。所提出 的方法在高速列車懸掛系統(tǒng)控制中做了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)研究，獲得了成功應(yīng)用，該方法通過(guò)引 入列車運(yùn)行中輪軌橫向接觸作用力作為輸入變量，使列車運(yùn)行中的脫軌系數(shù)得到一定程度 的控制，提高了高速列車的運(yùn)行安全性，最終可應(yīng)用于實(shí)際列車懸掛系統(tǒng)控制，確保列車運(yùn) 行安全性。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1是本發(fā)明所述列車