列車橫向半主動(dòng)懸掛控制策略（頁(yè)）

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1、列車橫向半主動(dòng)懸掛控制策略及其油壓減振器控制機(jī)理研究李貴平，王廣豐，劉宏友，徐偉ResearchontheControlStrategyoftheLateralSemi2a.ctiveSuspensionoftheTrainandtheWorkTheoryofDamperLIGui2ping,WANGGuang2feng,LIUHong2you,XUWei(青島理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,266033)摘要:介紹了列車橫向半主動(dòng)懸掛的基本控制策略及其改進(jìn)，分析了一種半主動(dòng)減振器的基本原理及對(duì)控制閥的設(shè)計(jì)要求，對(duì)半主動(dòng)減振器的研究應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞:天棚阻尼原理；橫向半主動(dòng)懸掛；減振器；電

2、液比例溢流閥中圖分類號(hào):TH137文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào)：100024858(2008)04200072031前言鐵路車輛的橫向振動(dòng)對(duì)乘坐舒適度的影響很大，依靠提高線路等級(jí)的辦法又需要投入巨額費(fèi)用，而采用全主動(dòng)懸掛和半主動(dòng)懸掛卻能有效地抑制機(jī)車車輛的橫向振動(dòng)，提高乘坐舒適度。與全主動(dòng)懸掛相比較，半主動(dòng)懸掛釆用無(wú)源但可控的阻尼器,能夠根據(jù)預(yù)定的阻尼控制規(guī)律及時(shí)調(diào)節(jié)阻尼力大小，除控制器件的驅(qū)動(dòng)外，不需輸入外來(lái)能源（如氣缸、液壓泵），其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，成本低，而且能夠達(dá)到期望的控制效果。更為方便的是，這種減振器可以和被動(dòng)減振器相互換，而不需要改造原來(lái)的懸掛系統(tǒng)。目前對(duì)列車橫向半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的研究，國(guó)外

3、最為典型的是日本,并且已經(jīng)在部分高速列車上使用［1、2、4］。國(guó)內(nèi)在這方面也展開(kāi)了大量的研究，但還沒(méi)有走向?qū)嶋H應(yīng)用階段。本文對(duì)列車半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的基本控制策略、阻尼器的實(shí)現(xiàn)等方面進(jìn)行研究分析。1橫向半主動(dòng)懸掛基本控制策略及其改進(jìn)天棚阻尼原理是車輛懸掛系統(tǒng)半主動(dòng)控制最常用的方法，該方法簡(jiǎn)單有效，易于實(shí)施［3］。采用天棚阻尼（skyhook）原理作二系橫向懸掛系統(tǒng)的基本控制原理見(jiàn)圖1。假設(shè)列千沿一道虛擬的剛性墻移動(dòng)，在虛擬墻與車體之間裝設(shè)一個(gè)虛擬減振器（稱作天棚減振器）來(lái)減小車體橫向振動(dòng)。按天棚阻尼原理，天棚減振器在列車運(yùn)行中需始終處于工作狀態(tài)以提供阻尼力。但天棚減振器是虛擬的,在實(shí)際應(yīng)用中由安裝

4、于車體Fs—天棚減振器阻尼力6s—天棚減振器阻尼系數(shù)尸一實(shí)際減振器阻尼力C—實(shí)際減振器阻尼系數(shù)y1一車體橫向速度y2—轉(zhuǎn)向架橫向速度圖1橫向天棚阻尼原理圖與轉(zhuǎn)向架間的橫向減振器模擬實(shí)現(xiàn)。實(shí)際減振器提供的阻尼力與活塞的移動(dòng)速度(車體和轉(zhuǎn)向架的相對(duì)速度)成比例，當(dāng)車體運(yùn)動(dòng)速度與減振器活塞移動(dòng)速度相反時(shí)，產(chǎn)生的阻尼力會(huì)加大車體橫向振動(dòng)。所以橫向半主動(dòng)控制的天棚控制規(guī)則定義如下：收稿口期:2007210208作者簡(jiǎn)介:李貴平(1975-)，男，內(nèi)蒙古呼和浩特人,碩士研究生，研究方向：機(jī)電控制。Fs--Csv,v(v-v2)>00,vl(v-v2)WO(1)而實(shí)際減振器半主動(dòng)控制時(shí)的阻尼力為：F

5、--C(v-吃丿,v(v-v2)>00,vl(v-吃丿WO(2)令F=Fs，用阻尼系數(shù)表達(dá)式(1)即為：72008年第4期液壓與氣動(dòng)c(t)=Csvl/(v-吃丿,v(v-v2)>00,v(v-吃丿WO將C寫為時(shí)間的函數(shù)，是因?yàn)樵诹熊囘\(yùn)行過(guò)程中n和吃是不斷變化的，所以在模擬天棚阻尼力時(shí)要求實(shí)際阻尼系數(shù)C也要根據(jù)記和翅作相應(yīng)的變化。理想的天棚阻尼力是決定于車體運(yùn)動(dòng)速度的，不需要考慮轉(zhuǎn)向架的運(yùn)動(dòng)狀況。但在實(shí)際應(yīng)用中，阻尼力是依賴于減振器活塞運(yùn)動(dòng)速度的，與轉(zhuǎn)向架的速度有關(guān)。當(dāng)相對(duì)速度較低，而車體速度較高時(shí)，按式?丿所要求的實(shí)際阻尼系數(shù)C就會(huì)很大，這在實(shí)際屮是難以達(dá)到的。但由于軌道的

6、振動(dòng)頻率要高于車體的振動(dòng)頻率，所以通過(guò)減少在車體絕對(duì)速度方向上阻尼力的方式來(lái)產(chǎn)生一個(gè)接近理想減振器的力是可能的必丿。也就是說(shuō)相對(duì)速度的變化頻率比車體速度的變化頻率高，從而可以通過(guò)控制實(shí)際阻尼力的最大值來(lái)模擬天棚阻尼力。在相對(duì)速度較低的情況卜；實(shí)際減振器產(chǎn)生的阻尼力達(dá)不到天棚阻尼力時(shí)，維持一定的阻尼系數(shù)不變，?在相對(duì)速度較高的情況下，實(shí)際阻尼力達(dá)到天棚阻尼力時(shí),控制阻尼系數(shù)c為??Ki/r7i-吃丿，使其等于天棚阻尼力。另外，由于減振器油液冋路本身存在液阻和摩擦阻力等作用，實(shí)際最小阻尼也不可能做到零。所以在具體應(yīng)用中，對(duì)橫向天棚阻尼規(guī)則需要做一些改進(jìn)。結(jié)合半主動(dòng)控制屮的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，即按速度方向

7、切換阻尼和控制阻尼大小，相應(yīng)的控制方式有兩種：一種是只在方向上做控制;另一種是兩者都控制。下面是天棚阻尼控制規(guī)則的兩種改進(jìn)形式：LC=Cs,v(v-v2)>060,v(v-vl)WO(4)B.C=min6h,CsvlA-v2,vl(vl-v2)>060，rl(v-v2)WO(5)控制規(guī)律A是設(shè)置…固定阻尼，只按速度方向切換阻尼，這種方式被稱為“開(kāi)2關(guān)式半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)”。控制規(guī)律B是既根據(jù)