鐵道車輛半主動(dòng)懸掛可行性分析報(bào)告

1、鐵道車輛半半主動(dòng)懸懸掛可行行性分析析報(bào)告1. 車輛輛懸掛系統(tǒng)概述述十年來，中中國鐵路路連續(xù)實(shí)實(shí)施六次次大提速速，旅客客列車的的運(yùn)行速速度不斷斷提高，對(duì)對(duì)車輛運(yùn)運(yùn)行平穩(wěn)穩(wěn)性的要要求也越越來越高高。鐵道車車輛速度度的提高高，使其其在鐵路路運(yùn)行時(shí)時(shí)的振動(dòng)動(dòng)隨之增增加，車車輛劇烈烈振動(dòng)也也會(huì)損傷傷車輛結(jié)結(jié)構(gòu)，輪輪軌之間間的作用用力和車車輛振動(dòng)動(dòng)達(dá)到一一定程度度后還會(huì)會(huì)影響行行車安全全。控制制車輛振振動(dòng)是鐵鐵道車輛輛提速并并改善其其平穩(wěn)性性的關(guān)鍵鍵技術(shù)。為為了改善善鐵道車車輛的乘乘坐舒適適性和運(yùn)運(yùn)行平穩(wěn)穩(wěn)性，一方面面可以提提高線路路的質(zhì)量量狀況，另一方方面則可可以提高高懸掛系系統(tǒng)的性性能。要要提高線線路

2、的質(zhì)質(zhì)量狀況況，需要要投入巨巨額的費(fèi)費(fèi)用。此此外，線線路的改改造也很很復(fù)雜，而而目前我我國一些些線路受受條件限限制難以以改造。因因此，車車輛的乘乘坐舒適適性和運(yùn)運(yùn)行平穩(wěn)穩(wěn)性只能能依靠懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng)的減振振性能來來提高。設(shè)設(shè)計(jì)合適適的懸掛掛系統(tǒng)改改善車輛輛的性能能，是一一種經(jīng)濟(jì)濟(jì)、有效效的途徑徑，對(duì)于于正在進(jìn)進(jìn)行的鐵鐵道車輛輛研究具具有重要要意義。鐵道車輛的的懸掛系系統(tǒng)與兩兩個(gè)主要要性能即即平穩(wěn)性性和穩(wěn)定定性密切切相關(guān)。目前應(yīng)應(yīng)用的懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng)主要有有三種：被動(dòng)懸懸掛，全全主動(dòng)懸懸掛和半半主動(dòng)懸懸掛。傳傳統(tǒng)的被被動(dòng)懸掛掛系統(tǒng)由由于其彈彈性元件件和阻尼尼元件的的參數(shù)不不能實(shí)時(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，因因而不能能使鐵

3、道道車輛的的乘坐平平穩(wěn)性和和操作舒舒適性同同時(shí)達(dá)到到最優(yōu)。全全主動(dòng)懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)復(fù)雜，成成本高，因而難以得到應(yīng)用。阻尼可調(diào)的半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)與全主動(dòng)懸掛系統(tǒng)相比，雖然對(duì)振動(dòng)控制的性能略差，但其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，同時(shí)，在控制品質(zhì)上又能接近于主動(dòng)懸掛，因而有著廣闊的應(yīng)用前景。特別是磁流變減振器的出現(xiàn)，加快了半主動(dòng)懸掛產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。在目前鐵道車輛營運(yùn)速度迅速提高的情況下，采用阻尼調(diào)節(jié)的半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)應(yīng)用前景廣闊。2. 列車車的三種種懸掛方方式以及及他們之之間的分分析比較較（1）.列列車的三三種懸掛掛方式1）.被動(dòng)動(dòng)懸掛傳統(tǒng)的鐵路路鐵道車車輛懸掛掛系統(tǒng)由由彈性元元件和阻阻尼元件件組成，它它們?cè)?/p>

4、工工作時(shí)不不消耗外外界能源源，故稱稱為被動(dòng)動(dòng)懸掛。這這種懸掛掛系統(tǒng)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單可靠靠，易于于實(shí)現(xiàn)，可可以在一一定程度度上滿足足鐵道車車輛對(duì)動(dòng)動(dòng)力學(xué)性性能的要要求，但但由于被被動(dòng)懸掛掛的參數(shù)數(shù)在車輛輛運(yùn)行的的過程中中無法實(shí)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)節(jié)，難以以解決運(yùn)運(yùn)行線路路斷面的的多樣性性和懸掛掛參數(shù)單單一性、列列車運(yùn)行行速度的的不定性性與傳統(tǒng)統(tǒng)懸掛參參數(shù)的一一定性之之間的矛矛盾，被被動(dòng)懸掛掛系統(tǒng)的的適應(yīng)性性比較差差，因而而無法適適應(yīng)列車車高速運(yùn)運(yùn)行時(shí)對(duì)對(duì)動(dòng)力學(xué)學(xué)性能的的更高要要求。被被動(dòng)懸掛掛系統(tǒng)只只能根據(jù)據(jù)車體與與轉(zhuǎn)向架架間的相相對(duì)速度度產(chǎn)生阻阻尼力，而而實(shí)際所所需阻力力應(yīng)由速速度、位位移及加加速度多多種因素素決定

5、:，而且且被動(dòng)懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng)只能在在一定條條件下對(duì)對(duì)鐵道車車輛作衰衰減振動(dòng)動(dòng)，難以以適應(yīng)在在復(fù)雜多多變的線線路上高高速運(yùn)行行的列車車對(duì)動(dòng)力力學(xué)性能能的要求求。針對(duì)對(duì)被動(dòng)懸懸掛存在在的缺陷陷，600年代提提出了鐵鐵道車輛輛的主動(dòng)動(dòng)懸掛。2）.主動(dòng)動(dòng)懸掛在懸掛系統(tǒng)統(tǒng)中加入入力發(fā)生生器（作動(dòng)器器）的裝置置稱為主主動(dòng)懸掛掛。主動(dòng)動(dòng)懸掛系系統(tǒng)由于于需安裝裝測(cè)量傳傳感裝置置、作動(dòng)動(dòng)器及控控制裝置置，會(huì)不不可避免免地提高高列車成成本，同同時(shí)由于于列車結(jié)結(jié)構(gòu)空間間的限制制，若在在極有限限的空間間中安裝裝作動(dòng)器器，勢(shì)必必導(dǎo)致列列車結(jié)構(gòu)構(gòu)更加復(fù)復(fù)雜，復(fù)復(fù)雜的主主動(dòng)作動(dòng)動(dòng)器和車車輛結(jié)構(gòu)構(gòu)可能影影響可靠靠性并帶帶來高昂

6、昂的維護(hù)護(hù)費(fèi)用。不不僅如此此，主動(dòng)動(dòng)懸掛系系統(tǒng)無論論采用何何種形式式的作動(dòng)動(dòng)器，都都將大量量消耗外外界附加加能量。雖雖然設(shè)備備及結(jié)構(gòu)構(gòu)的復(fù)雜雜性可通通過技術(shù)術(shù)的日益益成熟來來解決，成成本高昂昂也可通通過大批批量生產(chǎn)產(chǎn)來解決決，但能能量消耗耗過大是是主動(dòng)懸懸掛固有有的缺陷陷，唯有有通過原原理的改改進(jìn)來解解決，因因而在普普及上尚尚有困難難。目前前，主動(dòng)動(dòng)懸掛主主要用于于高速列列車。3）.半主主動(dòng)懸掛掛在懸掛系統(tǒng)統(tǒng)中需要要輸入少少量能量量的，具具有可調(diào)調(diào)阻尼的的裝置稱稱為半主主動(dòng)懸掛掛。它是是美國加加州大學(xué)學(xué)戴維斯斯分校機(jī)機(jī)械工程程系D.E.KKamoopp教教授等人人于19974年年提出來來的11

7、,2,3。1 KKarnnoppp DCC annd TTrikkha AK. Coompaarattivee sttudyy off opptimmizaatioon ttechhniqquess foor sshocck aand vibbrattionn issolaatioon. Jouurnaal oof EEngiineeerinng ffor Inddusttry 19969,1122811332.2 KKarnnoppp DCC annd CCrossby MJ. Thhe aactiive dammperr-annew connceppt ffor shoock andd v

8、iibraatioon conntrool. Thee Shhockk annd Vibbrattionn Buulleetinn，19973，443，TThe Shoock andd viibraatioon Infformmatiion Cennterr, NNavaal RReseearcch LLaboorattoryy, WWashhinggtonn, DD. CC.3 KKarnnoppp DCC Crrosbby MM J andd Haarwoood RA .Viibraatioon cconttroll ussingg seemi-acttivee foore gennera

9、atorrrs. Trranssacttionns oof tthe ASMME JJourrnall off Ennginneerringg foor IInduustrry, serriess B，119744，966(2): 61996266半主動(dòng)懸掛掛利用可可以控制制的調(diào)節(jié)節(jié)阻尼器器，根據(jù)據(jù)預(yù)定的的阻尼控控制規(guī)律律，實(shí)時(shí)時(shí)調(diào)節(jié)阻阻尼力。半半主動(dòng)懸懸掛的提提出晚于于主動(dòng)懸掛掛，比主主動(dòng)懸掛掛結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單、成成本低，而而且性能能接近于于主動(dòng)懸懸掛，另另外由于于不需要要專用大大功率能能源裝置置，這對(duì)對(duì)各種載載運(yùn)工具具來說是是一個(gè)突突出的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)，因因而受到到重視，具具有較好好的發(fā)展展前景。（2）

10、.懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng)的分析析比較1）.改善善系統(tǒng)性性能原理理 從從系統(tǒng)動(dòng)動(dòng)力學(xué)的的觀點(diǎn)來來看，系系統(tǒng)在輸輸入的作作用下存存在輸出出。通過過調(diào)整輸輸入和（或）系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)參參數(shù)來使使系統(tǒng)的的輸出符符合我們們的要求求，就是對(duì)對(duì)系統(tǒng)實(shí)實(shí)施控制制。系統(tǒng)的的輸入是是外界干干擾（包括軌軌道不平平順、空空氣動(dòng)力力等）和控制制力；研究的的系統(tǒng)是是車輛系系統(tǒng)，包包括車輛輛懸掛系系統(tǒng)和車車體本身身；輸出是是表征系系統(tǒng)振動(dòng)動(dòng)性能的的參數(shù)（如車體體加速度度的統(tǒng)計(jì)計(jì)值或車車輛的平平穩(wěn)性指指標(biāo)）。我們們希望輸輸出能夠夠控制在在一個(gè)合合理的范范圍內(nèi)以以改善系系統(tǒng)的振振動(dòng)性能能，因此只只能通過過調(diào)整輸輸入和（或）懸掛系系統(tǒng)本身身結(jié)

11、構(gòu)來來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于被動(dòng)懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng)，當(dāng)輸輸入改變變時(shí)，由由于其結(jié)結(jié)構(gòu)本身身不能改改變，因此其其輸出必必然隨輸輸入而發(fā)發(fā)生變化化，有時(shí)會(huì)會(huì)超出合合理的范范圍，導(dǎo)致車車體振動(dòng)動(dòng)加??；對(duì)于主主動(dòng)控制制當(dāng)系統(tǒng)統(tǒng)的激擾擾改變時(shí)時(shí)，可借助助于外部部能量產(chǎn)產(chǎn)生控制制力來改改善系統(tǒng)統(tǒng)的性能能，通過調(diào)調(diào)整控制制力以保保證輸出出符合要要求，從而提提高車輛輛自身的的減振性性能；對(duì)于半半主動(dòng)控控制系統(tǒng)統(tǒng)，通過過改變減減振器的的阻尼系系數(shù)或彈彈簧剛度度適應(yīng)不不同的道道路和行行駛狀況況的需要要，即當(dāng)當(dāng)輸入改改變時(shí)，通通過系統(tǒng)統(tǒng)自身（懸掛元元件的參參數(shù)）調(diào)整來來改善系系統(tǒng)的性性能。也就是是說，半主動(dòng)動(dòng)懸掛是是通過系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)

12、的自身身調(diào)整來來改進(jìn)系系統(tǒng)性能能的，即當(dāng)系系統(tǒng)的輸輸入改變變時(shí)，通通過調(diào)整整懸掛參參數(shù)來改改善系統(tǒng)統(tǒng)的輸出出。2）.系統(tǒng)統(tǒng)組成 被被動(dòng)懸掛掛系統(tǒng)：即傳統(tǒng)統(tǒng)的懸掛掛系統(tǒng)，由由彈簧和和減振器器組成。被被動(dòng)懸掛掛的設(shè)計(jì)計(jì)，主要要是確定定彈簧和和減振器器的參數(shù)數(shù)，使懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng)滿足平平穩(wěn)性、輪輪軌動(dòng)作作用力等等指標(biāo)，得得到一組組最優(yōu)或或次優(yōu)懸懸掛參數(shù)數(shù)，能在在特定的的線路激激擾、車車輛結(jié)構(gòu)構(gòu)參數(shù)和和運(yùn)行速速度下達(dá)達(dá)到性能能最優(yōu)。 主主動(dòng)懸掛掛系統(tǒng)：即在懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng)中加入入力發(fā)生生器（作動(dòng)器器），根據(jù)據(jù)傳感器器從車體體和轉(zhuǎn)向向架所獲獲取的信信息，按按給定的的控制規(guī)規(guī)律產(chǎn)生生連續(xù)可可控的懸懸掛力，使使車體

13、加加速度減減小。這這種裝置置需要一一套能量量供給設(shè)設(shè)備。半主動(dòng)懸掛掛系統(tǒng)：針對(duì)主主動(dòng)懸掛掛需要較較大控制制能量和和成本較較高的作作動(dòng)器，人人們想起起在懸掛掛元件彈簧簧和減振振器上做做文章（有人認(rèn)認(rèn)為若采采用改變變剛度：如采用用空氣彈彈簧和油油氣彈簧簧的方法法來減振振，因剛剛度的改改變需要要大量氣氣壓，同同樣需要要較大能能量，而而改變阻阻尼是容容易實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的）。半主主動(dòng)懸掛掛系統(tǒng)根根據(jù)傳感感器從車車體和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向架所所獲取的的信息，通通過半主主動(dòng)懸掛掛系統(tǒng)的的控制器器調(diào)節(jié)減減振器阻阻尼狀態(tài)態(tài)，從而而達(dá)到改改善車輛輛運(yùn)行平平穩(wěn)性和和安全性性的目的的。車輛主動(dòng)、半半主動(dòng)懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng)由傳感感器測(cè)量量車輛系系

14、統(tǒng)的輸輸出信號(hào)號(hào)，如車車體絕對(duì)對(duì)速度、或或車體對(duì)對(duì)轉(zhuǎn)向架架的相對(duì)對(duì)速度、車車體的加加速度等等信號(hào)，經(jīng)經(jīng)微處理理器發(fā)出出指令執(zhí)執(zhí)行實(shí)時(shí)時(shí)控制，由由執(zhí)行機(jī)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)節(jié)阻尼力力（半主動(dòng)動(dòng)）或控制制力（主動(dòng)）。對(duì)于于主動(dòng)懸懸掛控制制系統(tǒng)來來說，采采用的執(zhí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)有液壓壓伺服作作動(dòng)器、機(jī)機(jī)電作動(dòng)動(dòng)器、伺伺服氣缸缸等幾種種方案。對(duì)對(duì)于半主主動(dòng)控制制系統(tǒng)來來說，由由于減振振器較易易被控制制，采用用的執(zhí)行行機(jī)構(gòu)一一般是可可變阻尼尼減振器器。3）.系統(tǒng)統(tǒng)復(fù)雜度度半主動(dòng)懸掛掛系統(tǒng)因因?yàn)樾枰獋鞲衅髌?、控制制器等，顯顯然比被被動(dòng)懸掛掛系統(tǒng)要要復(fù)雜，但但與主動(dòng)動(dòng)懸掛相相比，因因?yàn)槠洳徊恍枰陀捅茫ɑ蚩諝鈿鈮嚎s機(jī)機(jī)）、

15、過濾濾器、儲(chǔ)儲(chǔ)油室、冷冷卻器及及輸油管管（輸氣管管）等提供供大能量量的輔助助器件，因因而結(jié)構(gòu)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)價(jià)格相對(duì)對(duì)便宜得得多。4）.控制制效果主動(dòng)懸掛系系統(tǒng)和半半主動(dòng)懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng)都可以以利用天天棚控制制來計(jì)算算控制力力，二者者都是通通過產(chǎn)生生減少車車體絕對(duì)對(duì)速度所所需的控控制力而而達(dá)到減減振目的的的，故故減振效效果相近近，其中中，主動(dòng)動(dòng)懸掛系系統(tǒng)的控控制力是是根據(jù)傳傳感器提提供的信信息由外外部能量量直接產(chǎn)產(chǎn)生的，半半主動(dòng)懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng)的控制制力是通通過調(diào)整整系統(tǒng)本本身結(jié)構(gòu)構(gòu)而近似似得到的的。而被被動(dòng)懸掛掛無法調(diào)調(diào)整系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)，也也沒有外外力來控控制車體體輸出，故故而其減減振效果果不如主主動(dòng)和半半主

16、動(dòng)懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng)。5）.能量量級(jí)別與主動(dòng)懸掛掛系統(tǒng)相相比，半半主動(dòng)懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng)通過改改進(jìn)系統(tǒng)統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)來衰減減振動(dòng)，所所以，除除了驅(qū)動(dòng)動(dòng)電磁閥閥或施加加電（磁）場(chǎng)需要要耗能外外，并不不需要向向懸掛系系統(tǒng)提供供額外的的能量，因因此所需需的能耗耗與主動(dòng)動(dòng)懸掛系系統(tǒng)相比比很小，而而且遠(yuǎn)不不止一個(gè)個(gè)數(shù)量級(jí)級(jí)。Sppenccer采采用半主主動(dòng)控制制方案，設(shè)設(shè)計(jì)了能能產(chǎn)生22000000NN力(220T力力)的磁磁流變減減振器，其其行程為為士8ccm所需需提供電電量小于于50瓦瓦特，試試驗(yàn)中測(cè)測(cè)得5cm/s的速速度時(shí)，磁磁流變減減振器產(chǎn)產(chǎn)生20010000N力力的控制制力，如如果該控控制力直直接由主主動(dòng)控制

17、制方式產(chǎn)產(chǎn)生，則則功率為為100000 W，由由此可見見，主動(dòng)動(dòng)控制能能耗至少少是半主主動(dòng)控制制的20000倍倍以上。車輛懸掛系系統(tǒng)的特特性比較較：懸掛名稱被動(dòng)懸掛半主動(dòng)懸掛掛主動(dòng)懸掛開關(guān)型連續(xù)型慢主動(dòng)全主動(dòng)執(zhí)行元件普通液壓減振器分級(jí)可控減振器連續(xù)可控減振器液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)作用原理阻尼力不可控阻尼力分級(jí)可調(diào)阻尼力連續(xù)可調(diào)調(diào)節(jié)作動(dòng)力力調(diào)節(jié)作動(dòng)力力控制方式無手動(dòng)調(diào)節(jié)自自動(dòng)調(diào)節(jié)節(jié)電液調(diào)節(jié)自自動(dòng)調(diào)節(jié)節(jié)電液調(diào)節(jié)自自動(dòng)調(diào)節(jié)節(jié)電液調(diào)節(jié)自自動(dòng)調(diào)節(jié)節(jié)頻率范圍無0-10HHz0-20HHz3-6Hzz大于15HHz改善橫向動(dòng)力特性無小中大大改善垂向動(dòng)力特性無小中大大傳感器數(shù)量量無少較少多多能量消耗無小小大大制造成

18、本最小小中大大使用程度大量采用小量小量橫向、垂向向控制主動(dòng)傾擺、橫橫向控制制（3）.鐵鐵道車輛輛懸掛系系統(tǒng)發(fā)展展趨勢(shì)鐵道車輛主主動(dòng)、半半主動(dòng)懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng)主要是是自動(dòng)控控制技術(shù)術(shù)與現(xiàn)代代鐵道車車輛技術(shù)術(shù)成功結(jié)結(jié)合的產(chǎn)產(chǎn)物，這這體現(xiàn)了了主、被被動(dòng)一體體化振動(dòng)動(dòng)控制的的思想，同同時(shí)也是是結(jié)構(gòu)和和控制一一體化設(shè)設(shè)計(jì)思想想的延伸伸與發(fā)展展。根據(jù)據(jù)對(duì)鐵道道車輛懸懸掛功能能原理及及特點(diǎn)的的分析，可可以看出出，半主主動(dòng)懸掛掛旨在以以接近被被動(dòng)懸掛掛的造價(jià)價(jià)和復(fù)雜雜程度來來提供接接近主動(dòng)動(dòng)懸掛的的性能，而而且半主主動(dòng)懸掛掛系統(tǒng)是是通過調(diào)調(diào)整系統(tǒng)統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)來適應(yīng)應(yīng)外界輸輸入，從從而改善善系統(tǒng)的的性能。因因此，它它

19、是車輛輛懸掛的的主要發(fā)發(fā)展方向向之一。結(jié)結(jié)合半主主動(dòng)懸掛掛系統(tǒng)的的特點(diǎn)及及我國鐵鐵路發(fā)展展的現(xiàn)狀狀，采用用半主動(dòng)動(dòng)懸掛系系統(tǒng)對(duì)鐵鐵道車輛輛進(jìn)行振動(dòng)動(dòng)控制是是一種較較好的選選擇。3. 國內(nèi)內(nèi)外主動(dòng)動(dòng)/半主主動(dòng)懸掛掛研究和和應(yīng)用狀狀況（1）.國國外主動(dòng)動(dòng)/半主主動(dòng)懸掛掛系統(tǒng)的應(yīng)應(yīng)用狀況況在20世紀(jì)紀(jì)80年年代中、后后期，日日本的三三菱汽車車公司和和Nisssann汽車公公司分別別在本公公司生產(chǎn)產(chǎn)的某些些車型的的轎車上上采用了了電子控控制半主主動(dòng)懸架架系統(tǒng)。LLEXUUSL554000型轎車車的電子子控制懸懸架系統(tǒng)統(tǒng)是一種種較典型型的半主主動(dòng)懸架架系統(tǒng)。該該系統(tǒng)采采用了充充有壓縮縮空氣的的空氣彈彈簧

20、，彈彈簧的彈彈性可在在“軟”與“硬”之間切切換，減減振器則則有三種種不同的的阻尼特特性可供供選擇。轎轎車行駛駛過程中中，電子子控制單單元能夠夠根據(jù)各各種傳感感器的輸輸入信號(hào)號(hào)，選擇擇最佳的的空氣彈彈簧的彈彈性與減減振器阻阻尼特性性的組合合，從而而獲得良良好的乘乘坐舒適適性和操操縱性能能4。4 梁梁杰.豐豐田L(fēng)EEXUSSLS440O型型轎車的的電子控控制懸架架.汽車車技術(shù).19997，第第9期:43481988年年，Niissaan公司司研制開開發(fā)了一一種所謂謂聲納半半主動(dòng)懸懸架裝置置，并首首先選裝裝在Maaximma型轎轎車上。其其原理就就是通過過發(fā)出的的聲納信信號(hào)進(jìn)行行路面搜搜索，同同時(shí)將

21、來來自路面面的反射射波信號(hào)號(hào)進(jìn)行接接收識(shí)別別5。5 孫孫求理，張張洪欣.主動(dòng)懸懸架的發(fā)發(fā)展和技技術(shù)現(xiàn)狀狀.世界界汽車.19996，第第5期:4662002年年德國采采埃孚一一薩克斯斯公司宣宣布，該該公司最最近與另另一家名名為蘭齊齊亞的汽汽車公司司合作，開開發(fā)出了了一種能能自動(dòng)識(shí)識(shí)別道路路狀況的的半主動(dòng)動(dòng)懸架系系統(tǒng)一自自動(dòng)連續(xù)續(xù)調(diào)節(jié)阻阻尼控制制系統(tǒng)(CDCC)。據(jù)稱，這這一系統(tǒng)統(tǒng)不僅可可以裝配配在諸如如法拉利利等賽車車上，還還可以安安裝在其其他高級(jí)級(jí)轎車上上6。6 hhttpp:/ 日本5000系為了了以提高高舒適性性為目標(biāo)標(biāo)，在兩兩頭車廂廂（1，116號(hào)車車廂）安裝主主動(dòng)懸掛掛系統(tǒng)，而而在安裝

22、裝受電弓弓的車廂廂上（5，113號(hào)車車廂）和綠色色車廂（8，99，100號(hào)車廂廂）上安裝裝半主動(dòng)動(dòng)懸掛系系統(tǒng)。裝裝用半主主動(dòng)懸掛掛裝置后后，列車車的乘坐坐舒適性性從“普通”區(qū)域提提高到“良好”一“普通”區(qū)域。裝裝用半主主動(dòng)懸掛掛系統(tǒng)的的5000系列新新干線動(dòng)動(dòng)車無論論運(yùn)行在在明線或或隧道內(nèi)內(nèi)，都有有改善乘乘坐舒適適性的效效果?？煽梢源_認(rèn)認(rèn)，這種種列車在在3000km/h速度度運(yùn)行時(shí)時(shí)的乘坐坐舒適性性與以往往2700km/h速度度運(yùn)行時(shí)時(shí)的一樣樣或者更更好。今今后將以以進(jìn)一步步改善乘乘坐舒適適性為標(biāo)標(biāo)，繼續(xù)續(xù)研究改改進(jìn)半主主動(dòng)懸掛掛系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)和和性能7。7 則則直久，張張耀宏.5000系列動(dòng)動(dòng)

23、車的半半主動(dòng)懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng).國外外內(nèi)燃機(jī)機(jī)車.119988，第55期:8812日本7000系新干干線采用用了半有有源懸掛掛系統(tǒng)。不不僅在車車體發(fā)生生搖動(dòng)時(shí)時(shí)需要使使減振器器向抑制制振動(dòng)的的方向動(dòng)動(dòng)作，且且在由于于軌道的的影響使使轉(zhuǎn)向架架發(fā)生振振動(dòng)時(shí)，為為使振動(dòng)動(dòng)不向車車體傳遞遞，也要要求橫向向減振器器具有相相應(yīng)的動(dòng)動(dòng)力衰減減能力。為為此，需需要測(cè)出出車輛的的橫向運(yùn)運(yùn)動(dòng)加速速度，控控制衰減減系數(shù)可可變的橫橫向減振振器的動(dòng)動(dòng)作，從從而提高高乘坐舒舒適性。與與5000系客車車一樣，本本系統(tǒng)安安裝于兩兩個(gè)頭車車（1號(hào)、116號(hào)車車）、裝有有受電弓弓的車廂廂（5號(hào)、112號(hào)車車）以及頭頭等車廂廂，這對(duì)對(duì)于

24、實(shí)現(xiàn)現(xiàn)“提供舒舒適性更更好的客客車”這一目目標(biāo)，具具有明顯顯的效果果8。8 劉劉克鮮.日本新新干線7700系系客車.國外鐵鐵道車輛輛.19998，335(66):1141172002年年，東日日本旅客客鐵道株株式會(huì)社社在其EE2系新新干線車車輛上安安裝了有有源懸掛掛系統(tǒng)，利用氣壓作動(dòng)器和H控制的主動(dòng)懸掛裝置，日本E2新干線列車部分車輛上安裝的橫向全主動(dòng)懸掛系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：安裝在車體和轉(zhuǎn)向架之間傳統(tǒng)二系橫向減振器的位置上的空氣壓力式作動(dòng)器及其配套部件、車體上的加速度傳感器、根據(jù)加速度信號(hào)處理風(fēng)壓伺服閥控制信號(hào)的控制元件、減振器和其它被動(dòng)懸掛部件。這套系統(tǒng)考慮了車體的橫移、搖頭和測(cè)滾運(yùn)動(dòng)，

25、采用H控制。由于起初確定的加權(quán)函數(shù)側(cè)重于改善車輛在線路敞開地段運(yùn)行工況下的舒適度，在運(yùn)行試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)安裝該橫向主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的車輛在線路敞開地段的乘坐舒適度比普通車輛的乘坐舒適度高59dB，但在隧道內(nèi)只能提高2dB左右。在重新確定加權(quán)函數(shù)后，發(fā)現(xiàn)在隧道內(nèi)該系統(tǒng)也能夠?qū)④囕v的乘坐舒適度提高5dB左右。這充分說明在鐵道車輛懸掛的H控制器設(shè)計(jì)過程中，合理地選取加權(quán)函數(shù)是很重要的9。9 董董錫明 高速動(dòng)動(dòng)車組工工作原理理與結(jié)構(gòu)構(gòu)特點(diǎn) 中國鐵鐵道出版版社德國ICEE2動(dòng)車車組的拖拖車上采采用SGGP4000轉(zhuǎn)向向架，SSGP4400具具有獨(dú)特特的橫向向主動(dòng)控控制系統(tǒng)統(tǒng)”AQSS”，在構(gòu)構(gòu)架上安安裝2個(gè)個(gè)水平

26、的的“空氣彈彈簧風(fēng)缸缸”，相當(dāng)當(dāng)于一個(gè)個(gè)在水平平方向起起作用的的橫向位位置調(diào)整整器，使使車體在在曲線上上行駛時(shí)時(shí)，能主主動(dòng)回到到中心位位置附近近，從而而大大改改善橫向向舒適性性。并且且在彎道道行駛時(shí)時(shí)，具有有與直道道運(yùn)行系系統(tǒng)一樣樣的舒適適性99。董錫明明 高速速動(dòng)車組組工作原原理與結(jié)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)點(diǎn) 中國國鐵道出出版社Siemeens公公司開發(fā)發(fā)的SFF6000型高速速轉(zhuǎn)向架架（最高高運(yùn)行速速度2550kmm/h），主要要運(yùn)用在在ICEE-T動(dòng)動(dòng)車組上上。SFF6000轉(zhuǎn)向架架二系橫橫向采用用了主動(dòng)動(dòng)彈簧加加半主動(dòng)動(dòng)阻尼器器的懸掛掛系統(tǒng)，這這個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)安裝在在已有車車體傾擺擺系統(tǒng)和和橫向定定位氣動(dòng)動(dòng)

27、系統(tǒng)的的轉(zhuǎn)向架架上。車車體安裝裝在由傾傾擺系統(tǒng)統(tǒng)支承的的上搖枕枕上，二二系空氣氣彈簧用用以支承承下枕梁梁，扭桿桿用作抗抗側(cè)滾裝裝置，一一系懸掛掛裝有圓圓彈簧和和液壓無無源減振振器，以以半主動(dòng)動(dòng)控制減減振器代代替?zhèn)鹘y(tǒng)統(tǒng)的吹響響和橫向向減振器器，。每每?jī)晒?jié)車車的四臺(tái)臺(tái)轉(zhuǎn)向架架上，與與空氣彈彈簧并聯(lián)聯(lián)裝有一一套垂向向和一套套橫向半半主動(dòng)減減振系統(tǒng)統(tǒng)。每節(jié)節(jié)車上裝裝有一套套SIBBA322診斷、控控制系統(tǒng)統(tǒng)和一套套慣性傳傳感系統(tǒng)統(tǒng)。每臺(tái)臺(tái)轉(zhuǎn)向架架上的垂垂向半主主動(dòng)減振振系統(tǒng)裝裝有：22個(gè)具有有連續(xù)調(diào)調(diào)節(jié)阻尼尼控制閥閥的垂向向液壓減減振器、22個(gè)測(cè)量量垂向減減振器行行程的非非接觸式式旋轉(zhuǎn)電電位器、22個(gè)

28、安裝裝在轉(zhuǎn)向向架下枕枕梁上的的垂向加加速度計(jì)計(jì)。每臺(tái)臺(tái)轉(zhuǎn)向架架上的橫橫向半主主動(dòng)減振振系統(tǒng)裝裝有2個(gè)個(gè)具有連連續(xù)調(diào)節(jié)節(jié)阻尼控控制閥的的橫向液液壓減振振器、22個(gè)裝在在液壓缸缸上的橫橫向行程程傳感器器、1個(gè)個(gè)裝在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向架下下枕梁的的橫向加加速度計(jì)計(jì)9。董錫明明 高速速動(dòng)車組組工作原原理與結(jié)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)點(diǎn) 中國國鐵道出出版社（2）.國國內(nèi)外主動(dòng)/半半主動(dòng)懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng)的研究究狀況對(duì)鐵道車輛輛主動(dòng)懸懸掛的研研究很早早以前就就已經(jīng)開開始。119844年，日日本對(duì)采采用PIID控制制的氣壓壓式主動(dòng)動(dòng)懸掛裝裝置進(jìn)行行了裝車車運(yùn)行試試驗(yàn)。據(jù)據(jù)報(bào)告，共共振區(qū)內(nèi)內(nèi)的車體體振動(dòng)加加速度減減小了約約二分之之一。英英國國鐵

29、鐵也對(duì)電電磁方式式等主動(dòng)動(dòng)懸掛進(jìn)進(jìn)行了研研究。法法國也進(jìn)進(jìn)行了相相關(guān)研究究，擬將將主動(dòng)懸懸掛裝置置應(yīng)用到到TGVV列車上上，使車車輛在運(yùn)運(yùn)行速度度為3550kmm/h時(shí)時(shí)的乘坐坐舒適度度能夠控控制在運(yùn)運(yùn)行速度度為3000kmm/h時(shí)的水水平。然然而由于于成本問問題和無無法保證證安全性性等因素素，這些些研究未未能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在運(yùn)營營車輛上上裝車10。10 Rogger Gooodalll Acttivee Raailwway Susspennsioons:Impplemmenttatiion Staatuss annd TTechhnollogiicallTrendds VVehiiclee Syys

30、teem DDynaamiccs Voll. 228 (19997) 87-1177DaimllerCChryysleerAGG公司和和Bommbarrdieer TTrannspoortaatioon公司司研制了了一套橫橫向主動(dòng)動(dòng)懸掛系系統(tǒng)，該該系統(tǒng)已已經(jīng)在慕慕尼黑通通過了滾滾動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)臺(tái)樣車車試驗(yàn)，試試驗(yàn)結(jié)果果證明該該系統(tǒng)滿滿足作動(dòng)動(dòng)器能耗耗低、行行程小、減減振效果果明顯等等要求。系系統(tǒng)采用用液氣壓壓聯(lián)動(dòng)式式（hyddro-pneeumaaticc）作動(dòng)器器，這種種作動(dòng)器器的一端端是一個(gè)個(gè)氣壓腔腔，能夠夠起到類類似于空空氣彈簧簧的作用用，使作作動(dòng)器兼兼有被動(dòng)動(dòng)彈簧的的剛度和和阻尼特特性，作作

31、動(dòng)器輸輸出力由由油壓伺伺服閥控控制111。11 Dr. Raalphh Sttreiiterr Acttivee Laaterral Susspennsioon ffor Higgh SSpeeed TTraiins, 20001控制器的設(shè)設(shè)計(jì)采用用傳統(tǒng)的的傳遞函函數(shù)綜合合法。需需要對(duì)車車輛系統(tǒng)統(tǒng)動(dòng)力學(xué)學(xué)方程進(jìn)進(jìn)行簡(jiǎn)化化，以得得到適合合于控制制器設(shè)計(jì)計(jì)的簡(jiǎn)化化模型，將將得到的的簡(jiǎn)化模模型和原原模型進(jìn)進(jìn)行仿真真比較，確確定了簡(jiǎn)簡(jiǎn)化模型型的有效效性。利利用簡(jiǎn)化化模型和和相關(guān)控控制理論論確定了了控制器器的階數(shù)數(shù)，然后后根據(jù)減減少車體體橫向振振動(dòng)和相相關(guān)性能能的要求求（作動(dòng)器器沖程、限限界等）確定控控

32、制器傳傳遞函數(shù)數(shù)的各個(gè)個(gè)系數(shù)?？乜刂破餍栊枰獪y(cè)量量到下面面的信息息：車體重重心處的的橫向慣慣性加速速度和搖搖頭加速速度，車車體相對(duì)對(duì)于兩個(gè)個(gè)轉(zhuǎn)向架架的橫向向位移以以及兩個(gè)個(gè)轉(zhuǎn)向架架的相對(duì)對(duì)搖頭角角和側(cè)滾滾角。其其中有些些量（如車體體重心處處的橫向向加速度度）并不能能直接測(cè)測(cè)量到，需需要通過過測(cè)量其其它量間間接得到到。此外外，還需需要在作作動(dòng)器上上安裝液液壓傳感感器，以以增強(qiáng)對(duì)對(duì)作動(dòng)器器的控制制，避免免控制失失效。值得關(guān)注的的是以上上所介紹紹的橫向向主動(dòng)懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng)是作為為“主動(dòng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向架”項(xiàng)目的的一部分分研究開開發(fā)的，“主動(dòng)轉(zhuǎn)向架”研究項(xiàng)目由Daimler Chsler AG公司和Bombard

33、ier Transportation公司合作完成，旨在研制出代表轉(zhuǎn)向架發(fā)展趨勢(shì)的機(jī)械電子式（Mechatronic）轉(zhuǎn)向架，這種新型轉(zhuǎn)向架具有一系、二系主動(dòng)懸掛系統(tǒng)和傾擺系統(tǒng)，并具有故障檢測(cè)和診斷功能。機(jī)械電子式轉(zhuǎn)向架包括機(jī)械、電子、控制三個(gè)部分，這三個(gè)部分的設(shè)計(jì)并不是逐一獨(dú)立進(jìn)行的，而是在設(shè)計(jì)開發(fā)初期就充分考慮到三者之間的相互作用和影響，從整體上同步研究開發(fā)，這種設(shè)計(jì)理念能夠最大限度地發(fā)揮各個(gè)部件的作用。德國的西門門子公司司研制了了一套用用于擺式式列車上上的半主主動(dòng)懸掛掛系統(tǒng)，該該系統(tǒng)采采用天鉤鉤阻尼控控制，包包含橫向向半主動(dòng)動(dòng)懸掛系系統(tǒng)和垂垂向半主主動(dòng)懸掛掛系統(tǒng)。每每個(gè)可控控減振器器上都安

34、安裝了位位移傳感感器，控控制器對(duì)對(duì)位移傳傳感器測(cè)測(cè)出的位位移信號(hào)號(hào)進(jìn)行微微分運(yùn)算算，得到到相對(duì)速速度信號(hào)號(hào)。在車車體上靠靠近每個(gè)個(gè)可控減減振器的的地方安安裝了加加速度傳傳感器，車車體相應(yīng)應(yīng)的絕對(duì)對(duì)速度信信號(hào)由對(duì)對(duì)各加速速度傳感感器測(cè)得得的加速速度信號(hào)號(hào)進(jìn)行積積分獲得得。實(shí)車車試驗(yàn)表表明在運(yùn)運(yùn)行速度度為1 SOkkm/hh時(shí)，和和垂向被被動(dòng)懸掛掛系統(tǒng)相相比，該該系統(tǒng)中中的垂向向半主動(dòng)動(dòng)懸掛能能夠?qū)④囓圀w共振振點(diǎn)處的的幅值降降低855%12。12 ANTTON STRRIBEERSKKY, ANDDREAAS KKIENNBERRGERR, GGUNTTHERR WAAGNEER Dessignn

35、 annd EEvalluattionn off a Semmi-AActiive Dammpinng SSysttem forr Raail Vehhiclles VVehiiclee Syysteem DDynaamiccs ssuppplemmentt 288 (119988)6669-6681日本基于一一種內(nèi)置置可變阻阻尼油壓壓減振器器空氣彈彈簧研制制出了一一套列車車垂向半半主動(dòng)懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng)，該系系統(tǒng)采用用天鉤阻阻尼控制制，現(xiàn)已已完成實(shí)實(shí)車運(yùn)行行試驗(yàn)。內(nèi)內(nèi)置可變變阻尼油油壓減振振器空氣氣彈簧內(nèi)內(nèi)部裝有有一個(gè)節(jié)節(jié)流孔可可調(diào)的油油壓減振振器，主主要面向向于列車車垂向半半主動(dòng)懸懸掛方面面的應(yīng)

36、用用，目前前已申請(qǐng)請(qǐng)專利13。13 原能生生舊等“垂向半半主動(dòng)懸懸掛裝置置性能試試驗(yàn)”國外鐵鐵道車輛輛 20002年年5月第第39卷卷第3期期3236日本國內(nèi)有有人目前前在研制制一種能能源再生生半主動(dòng)動(dòng)懸掛系系統(tǒng)，該該系統(tǒng)能能夠?qū)⒖煽煽販p振振器吸收收的能量量轉(zhuǎn)化為為電能儲(chǔ)儲(chǔ)存起來來，然后后反過來來再利用用這些電電能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)對(duì)可控控減振器器的控制制144。14 Yosshihhiroo Suuda, Shhigeeyukki NNakaadall, KKimiihikko NNakaano Hyybriid SSusppenssionn Syysteem wwithh Skyyhoook CCon

37、ttroll annd EEnerrgy Reggeneerattionn Veehiccle Sysstemm Dyynammicss suuppllemeent 28 (19998),6199-6334針對(duì)天鉤阻阻尼控制制不能有有效地衰衰減車體體振動(dòng)加加速度的的缺點(diǎn)，西西南交大大研制了了基于加加速度反反饋的自自校正橫橫向半主主動(dòng)懸掛掛系統(tǒng)?？乜刂破髦兄邪灰粋€(gè)參數(shù)數(shù)估計(jì)環(huán)環(huán)節(jié)，對(duì)對(duì)車體質(zhì)質(zhì)量進(jìn)行行在線辨辨識(shí)，根根據(jù)車體體質(zhì)量的的變化確確定出最最優(yōu)的加加速度反反饋系數(shù)數(shù)，確定定出理想想的目標(biāo)標(biāo)力值。減減振器分分別采用用了可調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)流流孔大小小的快速速調(diào)節(jié)減減振器和和磁流變變減振器器，近似似

38、實(shí)現(xiàn)目目標(biāo)力值值。減振振器活塞塞相對(duì)于于缸體的的運(yùn)動(dòng)速速度由加加速度信信號(hào)積分分得到。在在機(jī)車車車輛振動(dòng)動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)上的試試驗(yàn)結(jié)果果表明，采采用這套套橫向半半主動(dòng)懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng)，能夠夠?qū)④囕v輛的橫向向乘坐舒舒適度指指標(biāo)改善善10%18%15。155 吳學(xué)學(xué)杰，王王月明，張張立民，戴戴煥云，陳陳春俊.高速成成列車橫橫向懸掛掛主動(dòng)、半半主動(dòng)控控制技術(shù)術(shù)的研究究，鐵道道學(xué)報(bào)J，220066, 228(11): 50-54.中南大學(xué)的的熊勇剛等人人對(duì)采用用天鉤阻阻尼控制制的機(jī)車車車輛橫橫向半主主動(dòng)懸掛掛系統(tǒng)進(jìn)進(jìn)行了研研究，開開發(fā)出了了一套電電子控制制系統(tǒng)，該該系統(tǒng)的的處理器器選用889C552單片片機(jī)，整

39、整個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)由采樣樣濾波、運(yùn)運(yùn)算處理理、功率率放大、可可調(diào)節(jié)流流孔減振振器等幾幾個(gè)部分分組成。初初步的試試驗(yàn)結(jié)果果表明該該系統(tǒng)能能夠提高高車輛的的平穩(wěn)性性指標(biāo)，可可靠性較較高116。16 熊勇剛剛，謝勇勇，丁問問司等.機(jī)車車車輛半主主動(dòng)懸掛掛控制系系統(tǒng)的研研究JJ.中中南大學(xué)學(xué)學(xué)報(bào).20005，336(44),66786822西南交大的的張開林林等對(duì)采采用LQQG控制制的鐵道道車輛橫橫向主動(dòng)動(dòng)懸掛系系統(tǒng)進(jìn)行行了試驗(yàn)驗(yàn)研究。試試驗(yàn)采用用1：8的半半車模型型，線路路激擾為為簡(jiǎn)單的的正弦激激擾，試試驗(yàn)結(jié)果果表明車車體的橫橫向共振振振幅相相對(duì)于被被動(dòng)懸掛掛能夠減減少800%?？乜刂破骷偌僭O(shè)車體體的狀態(tài)態(tài)

40、信號(hào)均均可以測(cè)測(cè)量，對(duì)對(duì)轉(zhuǎn)向架架的狀態(tài)態(tài)則采用用卡爾曼曼濾波進(jìn)進(jìn)行估計(jì)計(jì)獲得。由由于試驗(yàn)驗(yàn)采用正正弦激振振，沒有有對(duì)被動(dòng)動(dòng)懸掛的的阻尼進(jìn)進(jìn)行優(yōu)化化匹配，因因此試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果并并不能如如實(shí)反映映主動(dòng)懸懸掛的減減振效果果177,188。17 張開林林.機(jī)車車車輛橫橫向平穩(wěn)穩(wěn)性主動(dòng)動(dòng)控制的的研究.西南交交通大學(xué)學(xué)博士研研究生學(xué)學(xué)位論文文，19997 18 張開林林，米彩彩盈.鐵鐵道車輛輛主動(dòng)減減振控制制系統(tǒng)的的開發(fā).鐵道車車輛.119988.366(9):288300西南交通大大學(xué)的戴戴煥云教教授對(duì)鐵鐵道車輛輛橫向主主動(dòng)懸掛掛采用隨隨機(jī)最優(yōu)優(yōu)控制進(jìn)進(jìn)行了仿仿真研究究，采用用簡(jiǎn)單的的兩自由由度車輛輛模型。

41、控控制器設(shè)設(shè)計(jì)的目目標(biāo)是盡盡可能地地同時(shí)減減小車體體最大橫橫向加速速度、二二系懸掛掛的最大大靜撓度度和主動(dòng)動(dòng)懸掛力力，為此此，選用用車體最最大橫向向加速度度、二系系懸掛的的最大靜靜撓度、主主動(dòng)懸掛掛力三個(gè)個(gè)量的加加權(quán)平方方和作為為目標(biāo)優(yōu)優(yōu)化函數(shù)數(shù)。仿真真計(jì)算的的結(jié)果表表明，通通過調(diào)整整優(yōu)化目目標(biāo)函數(shù)數(shù)中各個(gè)個(gè)項(xiàng)的加加權(quán)系數(shù)數(shù)，可以以側(cè)重于于提高車車輛的某某項(xiàng)性能能。其中中減小車車體最大大橫向振振動(dòng)加速速度和減減小二系系懸掛的的最大靜靜撓度是是相互矛矛盾的19,20,21,22。19 戴煥云云.車輛輛主動(dòng)懸懸掛的魯魯棒控制制研究.西南交交通大學(xué)學(xué)博士研研究生學(xué)學(xué)位論文文.19998 20 戴煥云

42、云.鐵道道車輛主主動(dòng)懸掛掛隨機(jī)最最優(yōu)控制制研究.鐵道機(jī)機(jī)車車輛輛.19997，第第1期:1425 21 戴煥云云，張漢漢全.車車輛主動(dòng)動(dòng)懸掛的的魯棒穩(wěn)穩(wěn)定性及及魯棒性性能研究究.鐵道道車輛，119988,20(4): 50055.22張張漢全，戴戴煥云，周周斌，楊楊名利. H與u魯棒控控制方法法在車輛輛主動(dòng)懸懸掛中的的應(yīng)用 鐵道學(xué)學(xué)報(bào)，119977,155(S),12111288.中南大學(xué)的的朱浩等等研究了了采用預(yù)預(yù)見控制制的鐵道道車輛垂垂向主動(dòng)動(dòng)懸掛，計(jì)計(jì)算機(jī)仿仿真結(jié)果果表明垂垂向主動(dòng)動(dòng)懸掛采采用預(yù)見見控制能能夠分別別將車體體垂向振振動(dòng)加速速度和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向架垂垂向振動(dòng)動(dòng)加速度度的幅值值減少330

43、%23,24。23 朱浩，劉劉少軍，黃黃中華，蔡蔡月一。鐵鐵道車輛輛垂向主主動(dòng)懸掛掛的預(yù)見見控制.中國鐵鐵道科學(xué)學(xué)，vool.226(22)20005:9095.24 朱浩，劉劉少軍，邱邱顯眾。車車輛主動(dòng)動(dòng)懸掛最最優(yōu)預(yù)見見控制模模型.交交通運(yùn)輸輸工程學(xué)學(xué)報(bào)，vvol.5(33)20005: 813.西南交通大大學(xué)的王王月明博博士研究究了阻尼尼控制策策略的兩兩種實(shí)現(xiàn)現(xiàn)方式：一是開開關(guān)型阻阻尼控制制規(guī)律，二二是連續(xù)續(xù)型阻尼尼控制規(guī)規(guī)律。通通過對(duì)采采用無搖搖枕轉(zhuǎn)向向架的高高速客車車懸掛系系統(tǒng)橫向向模型的的仿真實(shí)實(shí)驗(yàn)，研研究了半半主動(dòng)阻阻尼控制制改善車車輛運(yùn)行行平穩(wěn)性性的有效效性。結(jié)結(jié)果數(shù)據(jù)據(jù)表明，與

44、與阻尼最最優(yōu)的被被動(dòng)懸掛掛相比，采采用連續(xù)續(xù)型阻尼尼控制策策略，車車體橫向向加速度度響應(yīng)的的均方根根值能降降低200-25%，加速速度最大大值能降降低400-50%，橫向向平穩(wěn)性性指標(biāo)降降低約110-15%255。25王王月明. 高速客客車半主主動(dòng)懸掛掛控制技技術(shù)研究究. 西南南交通大大學(xué)博士士研究生生學(xué)位論論文.220022，4鐵道科學(xué)研研究院的的姚建偉偉等對(duì)鐵鐵道機(jī)車車車輛半半主動(dòng)控控制減振振器進(jìn)行行了模糊糊控制理理論研究究和產(chǎn)品品研制，完完成了半半主動(dòng)控控制減振振器的理理論分析析、仿真真計(jì)算、作作動(dòng)器研研制、示示意圖和和阻尼特特性試驗(yàn)驗(yàn)、控制制策略的的研究、控控制器軟軟硬件的的研制等等工

45、作26,27。26 姚建偉偉，孫瓊瓊，章潤潤鴻，葉葉柏洪等等.鐵路路機(jī)車車車輛半主主動(dòng)控制制減振器器的理論論研究和和產(chǎn)品研研制.鐵鐵道機(jī)車車車輛.20004，224(增增刊):6927 姚建偉偉，孫瓊瓊，李國國順，金金煒，舒舒興高.提速機(jī)機(jī)車動(dòng)力力學(xué)性能能測(cè)試及及安全性性和平穩(wěn)穩(wěn)性評(píng)估估指標(biāo)的的探討.鐵道機(jī)機(jī)車車輛輛.20002，增增刊:1164,16551722清華大學(xué)丁丁問司博博士后針針對(duì)國內(nèi)內(nèi)的實(shí)際際情況，研研究了我我國高速速列車橫橫向半主主動(dòng)懸掛掛系統(tǒng)控控制策略略、高速速開關(guān)閥閥控制的的橫向半半主動(dòng)減減振器28,29,30。28 丁問司司，卜繼繼玲，劉劉友梅.我國高高速列車車橫向半半主

46、動(dòng)懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng)控制策策略及控控制方式式. 中國鐵鐵道科學(xué)學(xué).20002，223(44):11729 丁問司司，劉少少軍，卜卜繼玲.高速列列車橫向向懸掛控控制方式式及半主主動(dòng)減振振器.中中國機(jī)械械工程.20003，114(112):9955998830 丁問司司.高速速列車橫橫向半主主動(dòng)油壓壓減振器器研究.液壓與與氣動(dòng)，220033，第88期:445西南交通大大學(xué)的曾曾京、戴戴煥云教教授等對(duì)對(duì)開關(guān)阻阻尼控制制的鐵道道客車系系統(tǒng)的動(dòng)動(dòng)力學(xué)性性能進(jìn)行行了研究究，主要要包括半半主動(dòng)減減振器的的阻尼參參數(shù)和半半主動(dòng)懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng)的時(shí)滯滯對(duì)客車車系統(tǒng)臨臨界速度度和隨機(jī)機(jī)響應(yīng)的的影響。計(jì)計(jì)算表明明，盡管管半主

47、動(dòng)動(dòng)懸掛使使客車系系統(tǒng)的臨臨界速度度低于被被動(dòng)懸掛掛，構(gòu)架架的橫向向加速度度和輪軌軌橫向力力也要大大于被動(dòng)動(dòng)懸掛，但但它能夠夠大大減減小車體體的橫向向振動(dòng)加加速度，改改善旅客客的乘坐坐舒適性性31。31 曾京，戴戴煥云，鄔平波.基于開關(guān)阻尼控制的鐵道客車系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)性能研究J.中國鐵道科學(xué).2004.25(6):2731總體上說，國國內(nèi)對(duì)于于鐵道車車輛主動(dòng)動(dòng)/半主主動(dòng)懸掛掛的研究究大都限限于理論論研究和和計(jì)算機(jī)機(jī)仿真研研究，所所采用的的車輛模模型一般般為較為為簡(jiǎn)單的的線性模模型。4. 半主主動(dòng)懸掛掛的關(guān)鍵鍵技術(shù)決定半主動(dòng)動(dòng)懸掛能能否應(yīng)用用于實(shí)際際的主要要因素有有兩個(gè)：一是控控制策略略的研究究，

48、一個(gè)個(gè)是可控控阻尼器器的研制制。（1）.半半主動(dòng)懸懸掛的控控制策略略半主動(dòng)懸掛掛實(shí)際就就是在被被動(dòng)懸掛掛的基礎(chǔ)礎(chǔ)上，增增加阻尼尼力自動(dòng)動(dòng)調(diào)節(jié)裝裝置。因因此半主主動(dòng)懸掛掛的設(shè)計(jì)計(jì)任務(wù)最最終歸結(jié)結(jié)為：尋求合合適的控控制算法法，使之之能夠根根據(jù)鐵道道車輛的的運(yùn)行工工況，自自動(dòng)地跟跟蹤調(diào)節(jié)節(jié)懸掛系系統(tǒng)的阻阻尼力使使懸掛系系統(tǒng)隔振振緩沖性性能達(dá)到到最佳狀狀態(tài)，以以保證鐵鐵道車輛輛在任意意工況下下都具有有最佳的的動(dòng)力學(xué)學(xué)勝能。鐵道車輛橫橫向振動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)是是十分復(fù)復(fù)雜的非非線性動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)統(tǒng)，根據(jù)國國內(nèi)外已已開展的的技術(shù)研研究和工工程應(yīng)用用現(xiàn)狀，半主動(dòng)動(dòng)懸掛控控制主要要采用的的方法可可以歸納納如下：1）.最優(yōu)優(yōu)

49、控制線性最優(yōu)控控制方法法（LQGG/LQQR）以成本本函數(shù)在在無窮時(shí)時(shí)間內(nèi)積積分，得得到在不不同權(quán)重重系數(shù)情情況下，系系統(tǒng)能量量和控制制耗能最最小為目目標(biāo)的懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng)主動(dòng)和和半主動(dòng)動(dòng)控制算算法。線線性最優(yōu)優(yōu)控制方方法是半半主動(dòng)懸懸掛設(shè)計(jì)計(jì)者使用用最多的的設(shè)計(jì)方方法。它以被被研究的的車輛系系統(tǒng)較為為理想的的模型作作基礎(chǔ)，采用受受控對(duì)象象的狀態(tài)態(tài)響應(yīng)于于控制輸輸入的加加權(quán)二次次型為性性能指標(biāo)標(biāo)，同時(shí)在在保證受受控結(jié)構(gòu)構(gòu)動(dòng)態(tài)穩(wěn)穩(wěn)定的條條件下實(shí)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)優(yōu)控制。此控制制方法中中一般應(yīng)應(yīng)用LQQ（Linner Quaadraaticc線性二二次型）調(diào)節(jié)器器控制理理論或LLQG（Linner Quaadr

50、aaticc Gaausssiann 線性性二次高高斯型）控制理理論對(duì)懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng)實(shí)行最最優(yōu)控制制。采用LQQR控制制方法實(shí)實(shí)施控制制時(shí)，需將列列車系統(tǒng)統(tǒng)視為確確定系統(tǒng)統(tǒng)，而忽略略其固有有的不確確定性,即忽略略隨機(jī)激激擾，因此這這種控制制方法無無需用計(jì)計(jì)算機(jī)進(jìn)進(jìn)行在線線計(jì)算。采采用LQQG控制制策略實(shí)實(shí)施控制制比LQQR控制制更為完完善，這種控控制策略略充分考考慮了在在確定的的系統(tǒng)模模型的條條件下的的環(huán)境不不確定性性，這種不不確定性性包括軌軌道隨機(jī)機(jī)激擾和和測(cè)量噪噪聲。2）.魯棒棒控制魯棒控制就就是試圖圖描述被被控對(duì)象象的模型型不確定定性，并估計(jì)計(jì)在某些些特定界界限下達(dá)達(dá)到控制制目標(biāo)所所留有的

51、的裕度。由由于車輛輛半主動(dòng)動(dòng)懸掛裝裝置所處處的環(huán)境境以及自自身的特特點(diǎn)，在系統(tǒng)統(tǒng)建模時(shí)時(shí)總會(huì)引引入建模模誤差,在設(shè)計(jì)計(jì)控制器器時(shí)必須須考慮到到各種不不確定因因素。不不確定性性會(huì)破壞壞系統(tǒng)的的穩(wěn)定性性及性能能，而不確確定性又又是不可可避免的的。因此此,設(shè)計(jì)控控制器時(shí)時(shí)必須考考慮不確確定性對(duì)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)穩(wěn)定性的的影響，必須使使設(shè)計(jì)的的系統(tǒng)具具有魯棒棒性，即不僅僅對(duì)名義義對(duì)象能能具有要要求的穩(wěn)穩(wěn)定性和和性能，而且在在參數(shù)變變化和攝攝動(dòng)下仍仍要保持持其穩(wěn)定定性和性性能。魯棒控制是是在保證證閉環(huán)系系統(tǒng)各回回路穩(wěn)定定的條件件下，利用所所設(shè)計(jì)的的控制器器使干擾擾噪聲對(duì)對(duì)系統(tǒng)輸輸出影響響最小的的一種控控制方法法。

52、魯棒棒控制在在設(shè)計(jì)中中綜合考考慮系統(tǒng)統(tǒng)的建模模誤差、非非線性、抗抗干擾等等因素，魯棒控控制方法法適用于于穩(wěn)定性性和可靠靠性作為為首要目目標(biāo)的應(yīng)應(yīng)用，同時(shí)過過程的動(dòng)動(dòng)態(tài)特性性已知且且不確定定因素的的變化范范圍可以以預(yù)估。利用魯魯棒控制制方法設(shè)設(shè)計(jì)的控控制器可可保證列列車懸掛掛控制系系統(tǒng)有較較強(qiáng)的穩(wěn)穩(wěn)定魯棒棒性和性性能魯棒棒性。由于魯魯棒控制制在設(shè)計(jì)計(jì)中強(qiáng)調(diào)調(diào)不確定定性對(duì)懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng)的影響響，需要在在穩(wěn)定魯魯棒性和和性能魯魯棒性之之間作折折中選擇擇，所得的的控制效效果是保保守的。在在建立懸懸掛魯棒棒控制模模型時(shí)，應(yīng)充分分估計(jì)模模型誤差差范圍，從而使使控制性性能的保保守性最最小，以保證證懸掛系系統(tǒng)的

53、設(shè)設(shè)計(jì)指標(biāo)標(biāo)。3）.H控制方方法H控制理理論是880年代代出現(xiàn)的的新理論論。它是是在多變變量系統(tǒng)統(tǒng)頻域法法與魯棒棒穩(wěn)定性性奇異值值分析法法基礎(chǔ)上上建立的的最優(yōu)控控制理論論。其研研究對(duì)象象主要是是多變量量線性定定常系統(tǒng)統(tǒng)。它給給出了控控制系統(tǒng)統(tǒng)的一種種嶄新的的綜合方方法基于H最優(yōu)指指標(biāo)的系系統(tǒng)化設(shè)設(shè)計(jì)方法法。H方法的的主要優(yōu)優(yōu)點(diǎn)是： = 1 * GB3 .它可以將將各種典典型控制制問題（如干擾擾抑制、魯魯棒鎮(zhèn)定定、跟蹤蹤和模型型匹配等等問題）都?xì)w結(jié)結(jié)為標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)H問題，從而給給出一種種系統(tǒng)化化設(shè)計(jì)方方法。 = 2 * GB3 .H方法利利用了輸輸入輸出模模型，又利用用了狀態(tài)態(tài)空間法法的計(jì)算算機(jī)輔助助

54、設(shè)計(jì)手手段。而而且，象經(jīng)典典方法那那樣，設(shè)計(jì)者者可對(duì)所所得頻率率響應(yīng)形形狀尋求求理想控控制。 = 3 * GB3 .更重要要的是，它既便便于處理理對(duì)象具具有不確確定性時(shí)時(shí)的魯棒棒控制問問題，又能在在干擾頻頻率譜不不確定情情況下得得到滿意意的控制制性能。目前，H控制策策略在車車輛的懸懸掛控制制方面己己經(jīng)有了了應(yīng)用，然然而基于于H理論的的魯棒控控制等在在理論上上尚未成成熟。HH能反映映哪些指指標(biāo)，其其實(shí)質(zhì)內(nèi)內(nèi)容如何何，實(shí)際際問題怎怎樣轉(zhuǎn)化化成H優(yōu)化問問題等一一些關(guān)鍵鍵問題到到目前為為止還沒沒有統(tǒng)一一的說明明；另外H控制的的算法復(fù)復(fù)雜，計(jì)計(jì)算量大大，必須須在簡(jiǎn)化化算法上上作大量量工作，才才能在懸懸掛

55、系統(tǒng)統(tǒng)控制上上應(yīng)用。4）.預(yù)測(cè)測(cè)控制預(yù)測(cè)控制是是指利用用安裝在在機(jī)車或或控制車車上的信信號(hào)收集集系統(tǒng)來來預(yù)估軌軌道的輸輸入，并把所所采集到到的狀態(tài)態(tài)變量反反饋給各各車輛控控制器以以實(shí)施最最優(yōu)控制制的一種種控制策策略。由由于預(yù)測(cè)測(cè)控制是是一類基基于模型型的計(jì)算算機(jī)控制制算法，因此它它是基于于離散控控制系統(tǒng)統(tǒng)的。預(yù)測(cè)控控制不但但利用當(dāng)當(dāng)前的和和過去的的偏差值值，而且用用預(yù)測(cè)模模型來預(yù)預(yù)估過程程未來的的偏差值值,以滾動(dòng)動(dòng)確定當(dāng)當(dāng)前的最最優(yōu)輸入入策略。預(yù)測(cè)控控制具有有以下特特點(diǎn)： = 1 * GB3 .對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)模型要要求不高高； = 2 * GB3 .能直接接處理具具有純滯滯后的過過程； = 3 *

56、GB3 .具有良良好的跟跟蹤性能能和較強(qiáng)強(qiáng)的抗干干擾能力力； = 4 * GB3 .對(duì)模型型誤差具具有較強(qiáng)強(qiáng)的魯棒棒性。因此，更加符符合工業(yè)業(yè)過程的的實(shí)際要要求。由于列車大大多是在在同一軌軌道上反反復(fù)行駛駛，基于以以往的、既既有的或或?qū)崪y(cè)的的運(yùn)行信信息，結(jié)合傳傳統(tǒng)的LLQG/LQRR控制方方法可以以實(shí)現(xiàn)預(yù)預(yù)測(cè)控制制，并達(dá)到到較好的的控制效效果。施施行預(yù)測(cè)測(cè)控制時(shí)時(shí),為使執(zhí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)能在預(yù)預(yù)測(cè)點(diǎn)產(chǎn)產(chǎn)生相應(yīng)應(yīng)的動(dòng)作作，對(duì)行車車速度的的測(cè)量要要求很高高，很小的的誤差將將會(huì)導(dǎo)致致系統(tǒng)性性能的急急劇惡化化。目前，預(yù)測(cè)測(cè)控制正正受到更更多的關(guān)關(guān)注，發(fā)發(fā)表的研研究報(bào)告告較多，但但預(yù)測(cè)控控制方法法的關(guān)鍵鍵技術(shù)

57、是是信號(hào)精精度不受受干擾，并并能精確確反映軌軌道不平平順的真真實(shí)信5）.決策策控制這種控制方方法是預(yù)預(yù)先測(cè)量量對(duì)不同同的軌道道和行駛駛條件下下車輛的的振動(dòng)響響應(yīng)，并并通過優(yōu)優(yōu)化計(jì)算算得到所所需的最最佳懸掛掛剛度和和阻尼，存存入主動(dòng)動(dòng)懸掛控制制系統(tǒng)EECU的的ROMM中，在在進(jìn)行實(shí)實(shí)時(shí)控制制懸掛系系統(tǒng)時(shí)，EECU不不斷檢測(cè)測(cè)車輛行行駛過程程中的振振動(dòng)響應(yīng)應(yīng)，通過過決策判判斷查出出對(duì)應(yīng)工工況下應(yīng)應(yīng)選的最最優(yōu)或次次優(yōu)懸掛掛的K和和C，控控制執(zhí)行行機(jī)構(gòu)做做出響應(yīng)應(yīng)。6）.自適適應(yīng)控制制自適應(yīng)控制制方法是是一種擁擁有實(shí)時(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控控制器的的控制算算法。列列車懸掛掛振動(dòng)系系統(tǒng)是含含有許多多不確定定因素的的非

58、線性性動(dòng)力系系統(tǒng)，總是存存在非線線性、時(shí)時(shí)變等因因素，難以用用線性時(shí)時(shí)不變的的定常反反饋控制制器達(dá)到到預(yù)定的的性能要要求。由由于自適適應(yīng)控制制能夠處處理小范范圍緩變變系統(tǒng)問問題，因此，對(duì)于懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng)表現(xiàn)出出來的非非線性和和老化問問題，采用自自適應(yīng)控控制十分分合適。目前的的自適應(yīng)應(yīng)控制是是在假定定缺乏完完整的系系統(tǒng)動(dòng)態(tài)態(tài)信息和和工作環(huán)環(huán)境未知知的條件件下進(jìn)行行控制的的。應(yīng)用于列車車懸掛系系統(tǒng)振動(dòng)動(dòng)控制的的自適應(yīng)應(yīng)控制方方法主要要有自校校正控制制和模型型參考自自適應(yīng)控控制兩種種。自校校正控制制是一種種將受控控對(duì)象參參數(shù)在線線識(shí)別與與控制器器參數(shù)實(shí)實(shí)時(shí)整定定相結(jié)合合的控制制方法。采采用自校校正控制

59、制方法能能適應(yīng)懸懸掛載荷荷及元件件特性的的變化，并自動(dòng)動(dòng)調(diào)整懸懸掛系統(tǒng)統(tǒng)的控制制器來降降低車輛輛的振動(dòng)動(dòng)。模型型參考自自適應(yīng)控控制是當(dāng)當(dāng)外界激激勵(lì)條件件和車輛輛自身參參數(shù)變化化時(shí)，被控車車輛的振振動(dòng)輸出出仍能跟跟蹤理想想的參考考模型，從從而獲得得預(yù)期性性能的控控制方法法。有關(guān)資資料表明明，采用自自適應(yīng)控控制的懸懸掛阻尼尼減振系系統(tǒng),能較好好地改善善車輛行行駛性能能。在自適應(yīng)控控制方面面研究不不少，但但自校正正控制需需要在線線辨識(shí)大大量的結(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)，因而而計(jì)算量量大，實(shí)實(shí)時(shí)性不不好；模型參參考控制制同樣涉涉及軌道道不平順順信息的的精度問問題。另另外，當(dāng)當(dāng)懸掛系系統(tǒng)參數(shù)數(shù)由于突突然的沖沖擊而在在

60、較大的的范圍變變化，自自適應(yīng)控控制的魯魯棒性將將降低。7）.神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控控制人工神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)是一一個(gè)由大大量處理理單元(神經(jīng)元元)所組成成的高度度并行的的非線性性動(dòng)力系系統(tǒng)。它它能對(duì)非非線性特特性進(jìn)行行學(xué)習(xí)和和記憶，能以任任意精度度反映被被學(xué)習(xí)對(duì)對(duì)象的特特征。采采用神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控控制無需需對(duì)實(shí)際際的懸掛掛作線性性化處理理，所控制制的懸掛掛系統(tǒng)具具有較強(qiáng)強(qiáng)的適應(yīng)應(yīng)能力，與用傳傳統(tǒng)的LLQ 控控制器控控制的懸懸掛相比比性能更更加優(yōu)越越。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控控制的基基本思想想是從仿仿生學(xué)的的角度模模擬人腦腦神經(jīng)系系統(tǒng)的運(yùn)運(yùn)作方式式，使機(jī)器器具有人人腦那樣樣的感知知、學(xué)習(xí)習(xí)和推理理能力。對(duì)對(duì)控制科科學(xué)而言言，神經(jīng)網(wǎng)