【摘 要】
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列车悬架系统的减振性能的优劣会严重影响其行车的平顺性和乘客乘坐舒适性。一般而言,高速列车运行过程中的垂向动力学性能基本可以满足,但横向振动问题至今都没有得到有效的解决,因此亟待需要对高速列车悬架系统的横向动力学问题进行控制策略的研究和设计,找出抑制列车横向振动和改善悬架横向稳定性的有效方法。本文首先综述了列车主动、半主动悬架控制技术的发展趋势以及应用现状,通过对比分析印证了半主动控制技术是研究的主
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列车悬架系统的减振性能的优劣会严重影响其行车的平顺性和乘客乘坐舒适性。一般而言,高速列车运行过程中的垂向动力学性能基本可以满足,但横向振动问题至今都没有得到有效的解决,因此亟待需要对高速列车悬架系统的横向动力学问题进行控制策略的研究和设计,找出抑制列车横向振动和改善悬架横向稳定性的有效方法。本文首先综述了列车主动、半主动悬架控制技术的发展趋势以及应用现状,通过对比分析印证了半主动控制技术是研究的主要方向,并介绍了半主动悬架控制的几种常用策略,以及分析比较了各种方法的优缺点。其次,基于一种频域功率谱等效的新算法,利用傅里叶逆变换对我国三大干线轨道功率谱进行数值变换,为列车横向动力学模型的建立提供时域仿真激励。根据高速列车悬架系统的结构特点,通过Matlab/Simulink软件的function模块建立27自由度高速列车横向简化动力学被动模型。在充分研究各种控制策略的基础上,本文从提高运行平顺性和乘坐舒适性的角度分析,针对高速列车悬架系统的横向半主动控制设计了多种控制器,即基于传统PID控制的半主动悬架控制、基于模糊控制的半主动悬架控制、基于自适应的模糊PID控制和基于PSO寻优的改进型多模态半主动悬架控制。与被动悬架的性能指标相比,采用模糊控制,PID控制和自适应模糊PID控制在同等工况条件下,均对改善列车悬架的4个轮对、前后构架和车体的横向位移,横向加速度,以及构架和车体的侧滚角位移和侧滚角加速度具有较好的控制效果,有效提高了列车行驶的平顺性和乘车稳定性。但为了避免自适应模糊PID控制自身增益参数和因子参数的不可调节的缺点,改进设计出了一种多模态的半主动控制策略;仿真结果表明,多模态的控制方法较前者更有效的提高列车运行的舒适性和安全性,使高速列车具有更好的综合性能。
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