摘要
近年来，我国高铁技术飞速发展，列车的运营速度最高达到了350km/h，每天开行近4000组高速列车。动车组长期服役过程中，由于轮轨磨耗、悬挂参数退化和线路状态演变，时有发生蛇行运动稳定性不足等动力学问题，这显著影响了旅客乘坐舒适性，甚至影响了行车安全，对车辆的线路运行适应性带来了极大挑战。被动悬挂列车运行边界条件的适应能力有限，当被动悬挂的各项参数取得最优值后，车辆的动力学性能也就达到了极限，当列车提速运行或者经过路况较差路段时，列车的运行安全性和旅客乘坐舒适性得不到保障。目前仅能通过降速运行、频繁镟修车轮和打磨钢轨、更换悬挂元件等应急措施进行缓解，这显著降低了高铁运营效率，也增加了车辆和线路的运维成本。在未来，有必要采用主动悬挂技术来提升高速车辆的蛇行稳定性等动力学性能，有效改善其线路适应性。为抑制车辆的蛇行运动，本文针对抗蛇行减振器展开主动控制研究，具体研究工作如下： （1）应用模型预测控制进行高速动车组抗蛇行减振器的主动控制设计。 （2）基于整车横向系统7自由度简化动力学模型，设计了主动抗蛇行减振器的模型预测控制策略和最优参数，仿真分析了控制策略的有效性，掌握了控制参数对蛇行运动控制效果的影响规律。结果表明：与被动悬挂相比，采用MPC主动抗蛇行减振器能够有效抑制车辆的蛇行运动，使车辆的临界速度提升30%以上。 （3）建立整车三维系统非线性动力学模型，基于SIMPACK和MATLAB/Simulink实现主动抗蛇行控制联合仿真。采用主被动抗蛇行并联的悬挂方案。针对车辆一次蛇行和二次蛇行失稳特性，通过合理设计控制目标和控制策略实现了车辆蛇行失稳的有效抑制。 （4）针对一次蛇行的主动控制，控制后车体主频幅值降低64%，构架主频幅值降低了90%；发生二次蛇行时，构架和车体的横向加速度抑制效果不如一次蛇行明显，构架和车体的主频频率有所提高，主频幅值分别降低了11%和9%。在较低的等效锥度下运行时，当车速较高，主动控制抑制效果明显；当等效锥度较高时，主动控制对低频抑制效果明显，但无法抑制高频振动。
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