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时滞对高速铁道车辆悬挂系统半主动控制的影响


第3 5卷  1 第 期 
2 011  







通  大





报 

Vl . 5 No.  O 3  1 1 Fe .2 1   b 0 1

2月  


A0TONG  UNI VERS TY  I oURNAL    EI  OF B J NG  I I

文 章编 号 :6 30 9 (0 )1叭 1 —6 17 —2 12 1 0 一 30  1

时 滞 对 高 速 铁 道 车 辆 悬 挂 系统 半 主 动 控 制 的 影 响 
廖英 英h 刘永强 , , 刘金喜2杨绍普2 ,  
( 京 交 通 大 学 1 . 木 建 筑 工 程 学 院 ,b 机 械 与 电 子控 制 丁程 学 院 , 京 1 04 ; 北 a土 1. 北 0 0 4  2 家 庄 铁道 大 学 , 家  0 04 ) .   石 5 0 3 

摘  要 : 用 多体动 力 学技 术和联 合仿 真的 方法及 半主 动开 关控制 和 改进 型 开 关控 制 中的 时滞 , 利 对 

车辆动 力学性 能的影 响进行 了仿 真分析 . 果表 明 : 时滞理 想 状 态下 , 主动 控 制 对 车辆横 向动  结 无 半 力 学性 能的控 制效 果明显 , 且运 行 速度 越 高控 制 效果 越 好 ; 时滞 对 车辆 横 向动 力 学性 能的 影 响较  大 , 并 非随 着时滞 的增 大而逐 渐恶化 , 但 而是 呈波浪 形起 伏 , 当时滞 处 于 1 0 2 0ms 4 0 0  0 - 0   和 0 ~5 0 ms 围时 , 主动控 制效果 最差 , 范 半 甚至 失效 ; 考虑 时滞后 , 关控 制 效果优 于其 改进 型 , 与没 有考  开 这
虑 时滞 因素 时结论相反 , 实了时滞分析 的 必要 . 证   关键 词 : 车辆动 力 学 ; 高速铁 道 车辆 ; 主动控 制 ; 半 时滞 ; 合 仿真  联 中图分 类号 : 7 . U2 0 1   文献标 志码 : A 

Ef e t  f tm e d l y o   e ia tv   o t o   o   i h-pe d f c s o  i   e a   n s m - c i e c n r lf r h g - - s e  r iwa   e c e s s e so   y t m s a l y v hi l  u p n i n s s e  
LI O  n y n A Yi g i gh LI Yo g in   , U J n i Y U  n qa g LI i x  , ANG  h o u S ap  


( a S h o o  i l n i ei ; b S h o o  c a i l E e t n  n   o t l n ie r g  1 . c o l f v   gn r g l . c o l f   C iE e n   Meh n a, l r i a dC n r   gn ei , c co c oE n B i g i tn   i ri , e i  0 0 4, hn ; . hj z u n   e a  i r t , h i u n  5 0 3 hn ) e i   a o gUn es y B in 1 0 4 C ia 2 S iah a gTi oUnv s y S i ̄h a g 0 4 ,C ia j Jo n v t jg i d ei j 0  

Ab ta t Th  n le c   f t   ea   n r i y v h c   y a c p ro ma c   r   n lz d i  e — sr c : e i f n e o   i d ly o   al u me wa   e il d n mi e f r n e we e a ay e  n s mi e     a t e o — f  o to  n   c i   n o fc n r l d i r v do — f c n r l y u i g mu t.o y d n mi e h oo y a d C —i u   v . a mp o e   n. f o to    sn   l — d   y a ct c n lg   n  O. m — o   b i b s . 1 t n me h d. e rs l   h w h t h   fe t fs mi c iec n r l n v h cel t r l y a i p ro — a i   t o Th  e ut s o t a   ee f c   e — t  o to    e il  e a  n m c e f r  o s t o a v o a d   ma c  s b iu ,a d t e h g e   e il s e d,t eb te   e f r a c     e l o d t n wi o t i e n e i o vo s n  h   ih rv h ce p e     h   e t rp ro m n e i i a  n i o   t u   m   n d c i h t d ly ea .Alh u h t e e fc  ft   ea   n l tr l y a i p r r a c  s lr e i i n t wo s n d t o g   h   fe to   i d ly o  a e a  n m c e f m n e i a g , t s o   r e e   me d   o       g a u l   t   i ed ly b t v l e r d al wih t   e   u   y m a wa ei .Th   f c  fs mi c ie c n r l st ewo s  v n f i d wh n k ee f t   e — t  o to   h   rte e   l   e   e o a v i ae t ed ly i i  h   a g   f1 0 2 0 m sa d 4 0- 5 0 ms fc n i e  i e d ly,t e p r r a c   i   ea    n t e r n e o   0 - 0     n   0 - 0   .I  o sd rt   ea m s m h   efm n e o o   n o fc n r l s e trt a  h t f r p s d c n r 1 fo — f o to    te  h n t a     o o e  o to .Th sr s l i o p st o t ee s   t o t o —   ib o p i e u t s p i t  h   ae wi u   n        o e h c s e i g t   ea .Th r b   n l s   f t   ea     e y n c s a y  i rn  i d ly d me e e y a ay i o  i d ly i v r   e e s r . s me s Ke   o d :e i ed n mi ; ih s e d ri y v hce  y w r s v hc   y a m h g — e  al   e i ; l p wa l 一 cieo n r lt   e y c -i l in a t  o to ;i d l ;o s v me a mua o   t

我 国第 六次 铁路 大 提 速 以来 , 路 客 车 的运 行  铁
速度 大幅 提高 , 为我 国国 民经 济 的 快速 发 展 提 供 了 

的研究 逐渐成 为 研究 热 点 [ , 在实 际 应 用 中 ,   但 一 信  号采集 、 号传 输 、 制器计 算 和作动 器输 出 的过 程  信 控 中, 可避免地存在着 时间滞后[5, 不 4l — 造成 了实 际 中的  半 主动控制效 果远 远达 不 到预 期 的要求 . 因此 , 究  研

强 有力 的保 障 . 随着 客车运 行速度 的提 高 , 统配  但 传
备被 动悬 挂系统 的车辆 运行平 稳性 和安 全性 能受到 

了挑 战  . 因此 , 道 车 辆 领 域 中半 主 动 悬 挂 系 统  铁
稿 日期 :0 00 —9 2 1—11 

时滞 对半主动控 制效 果 的影 响具有 重要的现实意义 .  

基金 项 目 : 家杰 出青 年 科 学基 金 资 助 项 日(0 2 58 ; 家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目 (0 7 18 192 7 )上 海 交 通 大 学 开 放 基 金 资 助 项 目 国 56 5 1 )国 16 20 ,00 0 4 ;   ( V 20 —3 ; MS -0 90 )北京交通大学开放基金资助项目(R S OM R v( J U)叭0【】)北京交通大学优秀博士生创新基金资助项 目(4 08 2 ) G BT 2 一 1 ; x 118 5 2 

作者简介 : 廖英英(9 9 )女 , 17 一 , 湖北丹江口人 , 博士生 . 主要从事非线性动力学  控制方面的研 究.e i s ly2 @ 13 cm. mal jy8 0 6 .o   :z















报 

第 3 5卷 

国内外 学者 对铁道 车辆悬 挂 系统半 主动控制 中 

( uo t   yR c nl io  cai l yt s是  A t i D nmi A a s   Mehn a S s m ) ma c   ysf c  e

的时滞 问题 进 行 了一 些研 究 [7, 所 考 虑 模 型 大  6]但 -
多是 线性模 型 , 忽略 了许 多重 要的非 线性 因素 . 于  对 速度 高 于 2 0 k h的铁 道 客 车 的研 究 也 较 少 , 0   m/ 尤 

美 国 MD 公 司 开 发 的 虚 拟 样 机 分 析 软 件 . 中 , I 其  
A A / a 模 块是 进 行 机 车动 力 学建 模 和 分 析 的  D MS R i l 工具 , 过 A A / a 的仿 真 , 以在进 行 实 际物  通 D MS R i l 可

其是在 时滞 大小对 车辆 运行平稳 性 和安全性 能方 面 
的研究 还 尚未展 开 . 为此 , 本文作 者重 点研究 了时滞 

理样 机试 制及进行各种物理试 验之前 进行 验证 .   采用 多体 动力学建 模 的方法 , 将车体 、 向架 构  转 架 和轮对 近似 为刚体 , 但考 虑 了非线 性悬挂 系统 、 牵  引拉 杆弹性 连接 和 多 点轮 轨 接触 等 非线 性 因素 . 模  型共包括 车体 、 向架 构 架 、 转 轮对 、 轮对 轴 箱 和牵 引  拉 杆 5种 结构 , 1 个 部件 . 共 3 每个部 件都有 横移 、 沉  浮 、 缩 、 头 、 头 和侧 滚 6个 自由度 , 型共 有  伸 点 摇 模 7 8个 自由度 . 系悬 挂 系统 中 的空 气 弹 簧 、 向 和  二 垂
横 向减振 器 、 抗蛇 行减振 器 、 向止 挡及一 系悬挂 系  横 统 中的垂 向减 振 器 、 轮对 轴 箱 衬套 等 都具 有 非 线性  特性 . 车体 和转 向架模 型如 图 1 图 2所示 . 和 模型 中  采用 的主要 参数见 表 1 模 型 中采 用 L . MA 型 车轮踏 
面和 T 0轨 道型 面 . 6  

对半 主动控制 作用 下高 速铁道 车辆运行 平稳性 和安 
全 性能 的影 响及车辆 运行 速度与 时滞 的关 系 .  

1 模 型 的建 立 
现实 中的铁道 车辆包含有大量 的非线 性 因素 , 如 
非线 性部件 、 隙和轮 轨 间的非 线性 接触 等 . 采用  间 在

传 统 的数 学 建模 方 法进 行建 模 时 , 以进行 数值 处  难
理, 需要先将 这些非 线性 因素进行 线性 化 处理 . 这  但

样势 必会造 成一些重要 的非线性参 数丢失 , 导致仿真 
结果 出现误 差 , 至得 出错误 结果 . 甚 多体 动力 学建 模 

技术 的 出现 , 解 决 这 一 难 题 提供 了思 路 . D MS 为 AA  

图 1 车体 模 型 
Fi .   C rb d g1 a   o ymo e dl  

图 2 转 向架 模 型 
F g.   B g e mo e i 2 o i  d l  

表 1 模 型 主要 参数 
Ta 1 Man p r me e so   d l b.  i  a a t r  fmo e  

参数 
轮对质量/ t  

数值 
282 . 1 

参数 
构 架 质 量 /  t 车体 质 量 / t  

数值 

参数 
(? ) tm2 

数值 
一 


参数 
向  /  
( N? k m  )   k s N? ?   )  

数值 
124  4  
… 。  

2 0 3 车 体 侧  转   惯 量 / 18 3 .6    2   5  1 车 体 点  惯 量 / 35 4    6 

轮对侧  转  惯量/
(? ) t m2  

09 3 9 


…  

轮对点头转动惯量/ (? ) tm2 
轮 对 摇  惯 量/ ? 2  I) n




19 2  

构架侧  } 惯量   
(‘rJ tn     构架 点  惯 量  (? ) tm2 




18 4  

车体摇 } 惯量   

35 5  6 

空簧横向刚度 / / J- -    ̄_ l 11 K  " , x  
m  

16 8

( t




97 8 




2 车 重 距 面 /  0 空k 向 ) / 1  3 体 心 轨 高 20 6 2  篝 I     8 孽T 6 ( N? 1  
一系 N  l { N  b 、 . 1 k  ̄ ) m     一  纵 向刚 度 / 1 N' m )


车轮滚动圆直径/  
滚动圆横向跨距 /  
rt n1 1  

80 6 

构架摇 

( tm2  ? )

惯量 

22 6 8 


横 刚  向譬

9  8 0 …
9 。 8  
L 

( N? ? k s  



s8 .  。  

13 3 构架重心距轨面高/  5    
mm 

68 6 

行 
/k si。 ) ( N? ? 。 n  

24 0  5  

2半 动 制 统 实  主 控 系的现
讨 论两 种 半 主动 控 制策 略 , 即半 主动开 关 控制 

c  羹 二   =    羹
阻尼器两 端 的相 对速度 .  

( 1 )  

式中: d C 为半 主动悬挂 可 调 阻尼 系数 ; 为被 动悬  C

和改进型 开关控 制 , 比两 种半 主 动控 制 策 略 在 高  对 速铁 道车辆 中控 制 效 果 的优 劣 . 于 天棚 阻 尼 原理  基
的开关控 制策 略为 

挂 阻尼系 数 , C =5 0  ? ?   VlV2 取 88 0N s m一; 、 分别  为 车体和 转 向架 构架 的横 向速 度 ; V1一 V2 横 向  为

第 1期 

廖英英等 : 时滞对高速铁道车辆悬挂系统半主动控制 的影响 

改进型 开关控 制策 略  为 
c :    

同时 , 阻尼 系数被 调整 为“ ” 否则 阻 尼系数 被调整  开 ,

Cc h— ,  
【  , 0  

) ,  

≥ 开”和 “ ”之 间转换 , 出 可调 节 的阻 尼 系数 , 。“ 关 输 从 
V1 V1一 V ) 0 而抑制 车体 的横 向振 动 J ( 2 <   .  
() 2 

为“ ” 在 车辆行 驶过 程 中 , 关 . 半主 动控制 器不 断地在 

由于 AD MS本身 的控 制 功 能 有 限 , 要 与控  A 需
制功能 强大 的 Mal t b进 行 联 合 设 计 才 能 实 现铁 道  a 车辆悬 挂 系统 的半 主动 控制 . 首先 , A A 将 D MS模 型  通 过 A A / o t l 口导 入 到 Mal / i l k D MS C nr 接 o t b Smui   a n

式 中 : i( 为取 最 小 值 函数 ; h为半 主 动悬 挂  a r n *) C
最高 阻尼系数 .  

半 主动 悬挂 的工 作原 理 : 主 动控 制 器 根据 车  半 辆 行驶 状况调 节横 向阻尼 器 阻尼系数 Cd 当车体 横  , 向速度  1 阻尼器 两端相 对速 度  1   2 向相  与 一 方

中, 然后 在 Smuik中设 计 两 种 半 主 动 控 制 器 . i l n 半 
主动控 制 系统 如 图 3所 示 .  



q g  . 图  U  Il n l 
 



c  
~  

l 位转向 架构架横向 速度 l 位转向 架处车体横向速 度 



 

? 目 
—  1 4 v 

. f  
c  1 —   V 2 







● 。 


●   转架架向   转架车横速   2 向 横速 2 向L 向   雪 位 构 度位 处体 度 . j  
■   ■  











●  
■  
— —

C nr l r o to t   e
v   3 c   望







0  

曰 

—/  , 4  





● 
■ 

轮 轨 间作 用 力 











 

: 模i  辆   型

图 3 半主 动 控 制 系统 
F g.   S s e o  e — ci ec n r l i 3 y tm  fs mi t   o to  a v

半 主 动控制 系统 中模 型共 包含 2个输 入 变量 和 

F = C l ( ) V2 J d VI t    ( .  )  

2 个 输 出变量 . 6 输入 变量 分别 为前 后 两个 转 向架二  系悬挂 系统横 向减 振 器 的 阻尼 系数 , 出变 量包 括  输

在可调阻尼 系数  作用 下 , 主动横 向减 振器输 出 半   理想状态下 的阻尼力 , 对车体进行横 向振动 的抑制 .  
图 4和 图 5分 别 为车 辆 以 2 0k h速 度 行驶  0  m/ 时 , 时滞时 两种 半 主 动控 制 作 用 下 车体 横 向加 速  无 度 时 域 和 功 率 谱 密 度 ( o r S et lD ni , P we  p cr   e s y  a t P D) S 曲线与 被动控 制 时 的对 比情况 .   从 时域 和频域 图 中均可发 现 , 比被 动控 制 , 对 半  主动 控制 明显 降低 了车 体 的横 向加 速 度 , 中改 进  其 型 开 关 控 制 效 果 更 佳 . 别 是 当振 动频 域 高 于 1   特 0 Hz , 后 改进 型开 关控 制可 以有效 地改 善 开关 控制 带 
来 的高频振 颤 问题 .  

车体质心 处 的横 向 和垂 向加 速 度 、 车体 和 转 向架 质  心处 的横 向速度 、 前后 转 向架 轮对 的横 向位 移 和速 
度 及轮 轨 间的垂 向和横 向作用 力等 .  

3 数 值 仿 真 分 析 
对所 建 的高速铁 道车 辆模 型和半 主动控 制 系统  进行仿 真 分 析 , 用 基 于 B g c i h mpn 采 o ak— a ie的 3阶  S
R n eK t u g— ut a法进行 定步 长仿 真 , 长为 0 0 5S轨  步 .0  .

道 随机 激扰 采用模 拟轨 道不 平顺 的方 法得 到美 国 6   级轨道 谱 时域样 本 . 按照 每 0 2 6m 采 样 一 次 的规  .6  
格 , 前 1  3 取 50 8个 不 平顺 采 样 点 , 照 3阶 样条 插  按

分别计 算 2 0k h和 2 0 k h速度 时 , 种  0  m/ 5   m/ 两
半 主动 控 制 作 用 下 车 辆 的车 体 横 向加 速 度 均 方 根 

值 的方 法拟合 成 40 0m 长的轨 道线路 .   0   

值、 车辆最大脱轨系数 、 最大轮重减载率 、 最大轮轴 
横 向力 和最 大轮 轨垂 向力 的大小 , 见表 2  . 由表 2可知 : 随着车辆 运行 速度 的提 高 , 辆  ① 车

对 图 3所 示 的高速铁 道 车辆半 主动控 制 系统进  行 联合仿 真 , 察 车辆 在 美 国 6级 轨 道 随 机不 平 顺  考
激励 下 以 2 0k h和 2 0k h速 度 沿 直 线 运 行  0  m/ 5  m/ 时的无 时滞时 的半 主动控 制效果 及 时滞 的影响 .  
3 1 无 时滞理 想状 态  .

横 向动 力学指 标数 值 增 大 ; 两 种半 主动 控 制 均 能  ②
有效 降低 车辆 横 向动 力 学 指标 数 值 ; 在 不 考 虑 时  ③

滞 时 , 进型 开关控 制 的控制 效果 优于 开关控 制 . 改  

不考 虑时滞 影 响时 , 阻尼器输 出阻尼力 为 














1  O

报 

第3 5卷 

04 . 

02 . 

{    。
1 。 0。  


旧  

0  

颦 


耋1 0 .  


02 . 

Z 

萋1  0 . ,
料 
10 .  15 .  2.  O 2.  5 l  0

时 间/ s  

频 率/ z H 

图 4 车体横 向加速度时域图 
F g 4 Ti   o i  i rm  f a e a i.   me d man d a a o   t r l g l  

图 5 车体横 向加速度功率谱 密度 
F g 5 P D  f ae a  c eea in o  &   o y i .   S o  tr a c l t   fc rb d   l l r o

c ee a in o  a   o y c l t   fc rb d   r o

表 2 2 0k 1和 20k h速 度 时不 考 虑 时 滞 时 的 车 辆横 向动 力学 指 标    0  m/ l 5  m/
Ta .   Th   t r l y a c   d x o  al y v h cewi o tt   e y b2 e l e a d n misi e   fr i a   n wa   e il   t u i d l   h me a

3 2 考虑 时滞 因素  .

从 图 6和 图 7中可 以看到 , 随着 时滞 的增 加 , 车 
体 的横 向加速度 和横 向运行平 稳性指 标并非 如通 常  认为 的那 样 逐 渐增 大 , 是 呈 波 浪 形 变 化 . 而 车速 为  2 0k h时 , 0   m/ 考虑时滞 因素后 的半 主动 控制作 用 下 
() 3 

考 虑 速度 通 道 内的 时滞 因素后 , 主动 控 制器  半

接收 到的速度 信号将 比无 时滞状 态情 况下滞后 了时 
间 r 此 时 的横 向阻尼 器输 出阻尼力 为  ,
F = Cd V1t— r 【 ( )一V2 t— r ] ( ) 

的车体横 向加速 度和运 行平稳 性指标 均低 于被动控 

此时 , 向减振器输 出的阻尼力 F是对 t 横 —r时  刻的车辆振动情况进行抑 制 , 而并非应该 进行控制 的 

制, 半主 动控制 均 起 作 用 . 车速 提 高 到 20k h 当 5 m/  时, 时滞 处 在 10 0  范 围 内时改 进 型半 主 动  4 ~2 0ms 控 制作用 下 的车 体 横 向加 速 度 超过 被 动控 制 水平 ,  
而 开关控 制则全 程有效 .  
25 . 
  1
1 h

t 时刻状 态 , 以半 主动控 制 效果 必 然会受 到影 响 . 所  
图 6和图 7分 别为 车辆 以 20k h和 2 0knh速  0  m/ 5 r/ 度行驶时 , 两种半 主动控 制作用 下时滞大 小对车体 横 

向加速度均方根值 和运行 平稳性指标 的影 响.  
O1  .7 01  .6

盏 2  . 4
■   h

23 .  0   1 0 0  20   0 3   00 4 0 0   5 0 0  

憾 
口  

01  .  5

时滞 /   ms

O1  .4 O1  .  3
2?  8

( )车速 2 0k h a 0 m/ 
时滞 /   ms ( )车 速 2 0k h a 0  m/  
27 .  2.  6
, 

被动控制 

  :
l 0 0  20   0 30   0 4 0 0   5 0 0  

0  

时 滞/   ms

( )车 速 20k h b 5  m/  
时滞 /   ms ( )车 速 20k h b 5 m/ 

图 7 车辆横 向运行平稳性指标 
F g 7 L tr lid x o  u n n  t bl y i .   a e a n e   fr n i g sa i t     i

图 6 车 体 横 向加 速 度 均 方 根值  
F g 6 RM S o   t rla c lr t n o   a   o y i .    fl e a c e a i   f rb d   a   e o c

图 8和 图 9分 别 为 车 辆 以 2 0 k h和 2 0 0   m/ 5 

第1 期 
帐 嚣 鬻 

廖英英等 : 时滞对高速铁道车辆悬挂系统 半主动控制的影响 
O  O   O   O  0  

k h速度行 驶 时 ,∞种 半 主动 控 制 作 用 下 时 滞 大  m/ 两 

小对 车辆最 大脱轨 系数 和最 大轮重 减载 率 的影 响 .  
0   l0 0  20 0  30 0  40 0  50 O 

时 滞/   ms
()车 速 2 0kn h a 0 r/ 
O   】 O O  20   0 3 0 0   4   00 5   00 3   O 25   2   O

时滞 /   ms

( )车 速 2 0k n a 0  mA  
0。  

1    5 1    O O  

10     0

2 0 0  

3 0 0  

4 0 0  

5 0 O  

时 滞/   ms

垂. o  
O   1 0     O 20   0 3 0 0  4   00 5   00

()车 速 2 0k h b 5 m/  

图 1 车辆最大轮轴横 向力  0
时滞 /   ms
Fi . 0 Ma i m  t r l e l x sf r e g 1  x mu l e a wh e a i o c   a   —  

( )车 速 20k h b 5  m/ 

图 8 车辆 最 大 脱 轨 系数 
辱  Fg 8 M a i u d ri n   d x i.  xm m  e al me ti e   n z)   叵蜒  I \
料 

罨  K 略  Z  叵 r  垂

m  

"  

时滞 /   ms

11 斑  ]{

()车 速 2 0kn n a 0  rA 
z 
0   1   00 2   00 3   00 4 0 0   5   00

嘣  时 滞/   ms ( )车速 2 0l /  a 0 m ̄h
料 

蘸  
( )车 速 2 0 k h b 5   m/  

1} 11 田 

图 1 车 辆 最 大 轮 轨 垂 向力  1
嘣 

Fi 1   M a i m  e t a  e l alfr e g.  1 x mu v ri lwh e— i o c   c r  

从 图 1 图 1 中可 以看 到 , 0和 l 随着 时滞 的增加 ,  
( b)车 速 2 0 k /   5 m h

车辆 最大 轮轴横 向力 和 轮 轨垂 向力 呈 波 浪形 变 化 .   车速 为 2 0k h时 , 0  m/ 时滞处 在 10 0  和 4 0 6 ~2 0ms 6 


图 9 车辆 最 大 轮 重 减 载 率 
F g 9 M a i u wh e  no dn  a e i.   xm m  e l la i g r t   u

5) ms 围 时半 主动 控 制 作 用 下 的最 大 轮 轴 横  (  范 0

从 图 8和 图 9中可看到 , 随着 时滞 的增加 , 车辆 
最大脱 轨系数 和最 大 轮 重 减 载率 呈 波 浪 形变 化 . 车 
速为 2 0k h时 , 0  m/ 时滞处 在 1 0 2 0ms 4 0 4 - 0   和 4 ~ 

向力超过 被 动 控 制 , 主 动 控 制 失 效 . 速 提 高 到  半 车
2 0k n时 , 效 时 滞 范 围扩 大 到 4 ~2 0 ms 5  mA 失 0 0   和 
40 0  . 0 ~5 0ms车速 为 2 0k h时 , 0  m/ 时滞 处 在 10   0~

5 0ms 围 内时 半 主 动控 制 作 用 下 的最 大 脱 轨 系  0  范 数 超过被 动控 制 , 主动 控制 失 效 . 半 车速 提 高 到 2 0 5  k h时 , 效 时滞 范 围扩 大 到 4 ~2 0 ms 4 0 m/ 失 0 0  和 0 


1 0ms 围时 , 主动控 制作 用 下 的最 大 轮轨 垂 向  2  范 半

力 超过被 动 控制 , 主动控 制 失效 . 速 提 高到 2 0 半 车 5 
kn n时 , rA 失效 时滞 范 围 扩 大 到 8 0~2 0ms和 4 0 2  0 


5 0ms车速 为 2 0k h时 , 0  . 0   m/ 时滞处 在 10 4   0 ~1 0

ms 围内时 , 主动 控制作 用下 的最 大轮 重减 载 率  范 半

5 0ms整体 而 言 , 0  . 开关 控制 效果 优 于其 改进 型 .  

超 过被动 控 制 , 主 动 控 制 失 效 . 速 提 高 到 2 0 半 车 5 
k / n i h时 , 效 时滞范 围扩 大到 10 6   s和 4 0 失 0 ~2 0I n 2 


4 结 论 
1 )随着 车速 的提 高 , 车辆横 向动力 学性 能 指标 
逐渐 增大 .  

50m8整体 而言 , 0  . 开关控 制效果 优 于其改进 型 .  
图1 0和 图 1 1分 别 为 车辆 以 2 0 k / 0   i h和 2 0 n 5 

k h m/ 速度行驶 时 , 两种半 主 动控 制作 用下 时滞 大 小 

2 不 考虑 时滞 时 , 主 动 开关 控 制 及 其 改进 型  ) 半

对 车辆最 大轮轴 横 向力和最大轮 轨垂 向力 的影 响 .  

控制方 法 均能有 效 降 低 车体 横 向振 动 , 改进 型开  且
关控 制方 法 的效 果优 于开 关控 制 .  

18 1 















报 

第3 5卷 

3 随着 控制 系统 中时滞 的增 加 , ) 车辆 横 向动 力 

ss m   vligt  e y[] A vne    c ai , yt si ov  me l sJ . d acsnMehnc   e n n i da i s
1 9 ,9 4 :0  5 2 i  h e ) 9 9 2 ( )5 1 1 .(nC i s   ne

学性 能指 标并非 逐渐增 大 , 而是呈波 浪形变 化 .   4车辆 行驶 速 度越 高 , 主 动控 制 对 时滞 的要  ) 半 求 越苛刻 , 失效 时滞 范围越 大 .  
5 考 虑时滞 因素后 , 主动 开关 控 制 的效 果 优  ) 半 于改进型 开关控 制 , 与 不考 虑 时滞 时的 结论 明显  这 不 同, 揭示 了进 行时滞 分析 的重要性 .   参 考文 献 ( eeecs : R f ne ) r  
[ ]张曙光 . 1 京沪高速铁路 系统优化研究 [ . M]北京 : 中国铁 
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S uh et atn  i rt ,0 2 i hns) otw   oogUnv sy 20 .( C ie   s J ei n e

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E gneigPate 2 0 ,4 3 :0 —32  n ier n rci , 06 1 ( )3 5 1 . c

Z ENG ig Jn .DAIHu n u ,W U  n b . Dy a c  e—   a yn Pig o n mi p r  s
fr a c   t d   f r i y p s e g r c r s se b s d o   o m n e s u y o   al   as n e   a   y t m  a e   n wa

[ ] n   L, uG X.Fudfr l   r a igcag — 3 Wa gW  X     li omu ef   mpn hn e   a od  
a i t   o c p u l d sg   f r i y s mi c ie h d a l   b l y c n e t a  e in o   al   e — t   y r ui i wa a v c

o /fd p gcnrl ] C i   awa c ne 20 , nof a i   t [ . n R i y i c, 0 4   m n o o J h a l S e
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ss m  r i — edE yt f   g s e  MUsJ . o r ̄ 0 Vbai   d e oh h p [] Jun f irt na     o n
S ok 2 1 ,9 9 :1 4 9 . i C iee hc ,0 0 2 () 5 —5 ,6 (n h s)   n  


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