高速列车主动横向悬挂系统Hopf分岔特性

为研究采用主动横向悬挂的高速车辆系统Hopf分岔特性,建立整车横向简化7自由度非线性动力学模型,基于传统天棚控制原理提出天棚/地棚阻尼和刚度非线性控制律,即将二系横向减振器的理想主动力表示为车体或转向架横向位移和速度的三次多项式函数,理论研究状态反馈量和控制增益对车辆系统蛇行运动Hopf分岔速度、极限环幅值和频率的影响规律.结果表明:被动悬挂难以兼顾车辆一次和二次蛇行失稳工况;地棚阻尼和刚度控制律中一次项和三次项增益对一次蛇行分岔特性影响很小;优化地棚阻尼和刚度控制律一次项增益可提升二次蛇行失稳临界速度,其中地棚阻尼控制律提升效果更为显著;优化地棚阻尼控制律三次项增益可以显著降低极限环幅值且不改变蛇行频率,而地棚刚度三次项增益则不影响系统蛇行分岔特性;优化天棚阻尼和刚度控制律中一次项增益能够有效抑制一次蛇行,主要原因是改变了车体悬挂模态阻尼比和频率,然而天棚刚度控制会降低二次蛇行临界速度;综上,合理设计天棚/地棚阻尼和刚度控制律及参数,能够有效调控车辆系统分岔速度及极限环幅值.研究可为基于主动横向悬挂技术的动车组蛇行稳定性和运行平稳性协调控制研究提供理论依据和参考.

高速列车主动横向悬挂系统的临界时滞分析

在高速列车主动悬挂系统动作的过程中,时滞现象在所难免,这在一定程度上制约了其性能的发挥。为了探究二系横向主动悬挂系统时滞现象对车辆动力学性能的影响,文章首先建立两自由度1/4车辆横向简化模型,推导出临界时滞理论计算公式;然后,建立高速列车全自由度动力学模型,在Simulink中搭建控制模块进行联合仿真,采用一阶低通滤波器模拟实际控制力的幅值衰减和相位滞后特性,研究模态天棚与PID等控制策略的时滞影响规律。仿真结果表明,随着时滞的增加,模态天棚控制策略下的车体振动迅速恶化,横向平稳性指标迅速增加至2.0以上,而PID半主动控制几乎不增加横向平稳性指标;2种控制策略在50 ms内的时滞基本不会使构架振动剧烈恶化。若采用平稳性指标作为临界时滞的判据,则除PID控制策略外的大多数策略对应的临界时滞随着车速的提高而降低。文章系统性地研究了时滞问题,对高速列车主动悬挂系统的设计和优化具有一定的指导意义。

基于二系横向主动悬挂的高速列车车体异常振动控制策略研究

针对高速列车在实际运行过程中发生的横向异常振动问题,开展了基于主动横向悬挂的多目标振动控制研究,建立了考虑车体横弯弹性模态的车辆系统横向简化动力学模型,设计出兼顾车体横向刚体和弹性模态振动特征的滑模面和控制律,综合对比了晃车和抖车工况下滑模控制、天棚控制和PID控制策略对车辆运行平稳性的改善效果。计算结果表明,滑模控制效果显著优于PID和天棚控制,在车辆发生晃车和抖车的工况下都有效,能够显著改善车辆的运行平稳性,并且能够兼顾车体的低频和高频振动抑制;除了能够抑制振动加速度,滑模控制还能够同时抑制车体的横向位移,即可以实现车体位移、速度和加速度的同步控制,PID控制在车辆发生晃车和抖车的工况下也都有效,但是控制效果不如滑模控制;天棚控制仅在晃车工况下有效。