铁道车辆蛇行稳定性主动控制综述

摘 要：随着我国交通运输业的不断发展，交通运输载体也都在发展中有了较大的变革，交通运输行业的发展正处于一个日新月异的阶段。在铁路运输方面的发展，可谓是涉及到很多方面，铁路运输不仅方便了人们的日常交通，在我国国民经济发展中也占有非常重要的地位，这就要从多方面去加强铁道部门的管理。在铁道车辆中蛇形运动的稳定性是一个非常重要的情况，蛇形运动的频率可以与铁道车辆的运行速度互相融合，互相叠加，也提高了车辆的运行频率。铁路部门为了更好地改善车辆的运行状态，正在采取相应的措施让车辆与蛇形共振速度保持一致。

关键词：铁道车辆 蛇行稳定性 主动控制 控制算法 测量系统

Summarization of Active Control of Railway Vehicle Snaking Stability

Li Jiangli

Abstract：With the continuous development of China's transportation industry， transportation carriers have also undergone major changes in their development. The development of the transportation industry is in a stage of rapid change. The development of railway transportation can be said to involve many aspects. Railway transportation not only facilitates people's daily transportation， but also plays a very important role in the development of China's national economy. This requires strengthening the management of railway departments from many aspects. The stability of the serpentine movement in railway vehicles is a very important situation. The frequency of serpentine movement can be integrated with the running speed of the railway vehicle and superimposed on each other， which also improves the running frequency of the vehicle. To better improve the running state of the vehicles， the railway department is taking corresponding measures to keep the speed of the vehicles consistent with the serpentine resonance.

Key words：railway vehicle， hunting stability， active control， control algorithm， measurement system

1 引言

在现代高速铁道车辆系统中，不同的车辆运行在不同的线路上，在运行线路中有很多的曲线，车辆通过这些曲线时都具有非常良好的舒适性。车辆在发展的过程中，遵守的基本原则就是高速。但是车辆的高速运行也会使车轮和轨道之间产生特有的情况，随着车速不断地提高，车辆在运行中产生的能量，就很容易使车辆处于一个蛇形运行的状态。所以铁路部门正在加大对车辆蛇形稳定性的管理和控制，在车辆的运行速度范围内去考虑车轮踏面锥度的变化。

2 蛇行运行的特性

蛇行运动状态的形成原理也是铁道车辆在运行中固有的特点，是由于铁路车辆运行中车轮踏面有锥度，高效的速度给了车轴一个动力，车轮就会对中心线发生横移和转向的变化，整个车辆就会出现横向移动和侧向移动的状态前进，就像蛇的运动。就算车辆是在普通平整的轨道上行驶，由于轨道与车辆内部的震动能量频率不一样，而且可以互相转换出现特有的能量，也会产生蛇行运动的状态。蛇行运动的原因是由于车辆在动力学系统中逐渐产生的，与车辆的起动和停止没有关系，影响蛇行运动的主要是车辆的运行速度。如果离心运动越明显，车辆的运行速度就越快，频率就越大。在实际的运行状态中，车辆都是应用弹性定位转向所实现的。虽然速度不断地在增加，蛇行频率运行的状态也在不断增加，在车辆运行过程中，系统的自振和车速关系很小，在某个蛇行运行的均速中，它的运行频率和自振频率都会产生共鸣。

3 车辆震动的模态分析

3.1 适用于研制控制器的稳定性控制

车辆在运行的过程中产生蛇行的运行状态，主要由于车轮的特殊关系产生。所以设计人员可以通过改变车轮对外对内的受力情况，去提高蛇形运动的稳定性。操作人员可以根据车轮和车轴之间的距离，找到合适的连接方式，将这二者之间的区别分辨出来，同时控制策略和控制方法都有所不同。对于悬挂式的稳定性控制主要是改变车辆的曲线通行，改变车轮的受力情况。在我国铁道车辆发展的历史中，传统的车轮也有自己的发展优势。在车辆中悬挂的主动控制是由蛇行运动完成的，设计人员为了能进一步的改变蛇形运动在车辆中存在的稳定性，所以就以函数的形式设计出了多种的运动方程。

3.2 基于陀螺阻尼器的稳定性控制

有位专业的设计师在最早是运用陀螺力来控制车轮在轨道运行中对蛇行运动的整体状态，也设计了一个陀螺的结构。整体是由陀螺和内部支架还有外部支架还有所支撑的弹簧所组成，设计师在对陀螺点头运动中将蛇性稳定性的策略和措施加入进去，也增加了陀螺的轉速。在运行的过程中，车辆的车轮在运行中如果速度过低的话也会使车辆在蛇形行驶中失去稳定性。所以设计人员应该合理的去设计陀螺的旋转速度，要设计好陀螺的外观，要求陀螺的稳定性达到要求，车轮在转动中通过曲线运动也会产生离心力的作用效果。在车辆运行中，由于车轮支撑的弹簧速度的原因没有办法进行正常的工作，就会给车辆的动力驱动器增加一定的困难。最新的研发将新型的稳定性加入到对整个车辆的控制，主要利用的是转向架作为陀螺的阻尼器，控制好运行的速度。

4 控制策略设计

4.1 对单轮进行控制分析

设计人员在对单轮系统进行控制时，不断地加大阻尼器的稳定性，也加大了对轴轮的控制。主要是通过两种方法去获取阻轮的施加动力。首先就是将各个车与行驶速度构成正比的横向力，这种方法可以对驱动器有一个更好的保证，也能更好地提高其稳定性。另外就是控制器的采用方法，在不同原理技术和车轮之间去增加一个合适的摇头阻尼。要合理的控制稳定性，还要将高频率的稳定性融入进去。我国经济的发展离不开铁路交通运输的影响，但是在铁路交通运输中还存在着一系列不可避免的问题，铁路部门要想更好地保障铁路运输，提高运输的质量和效率。就要加大对车辆各方面的调控。

4.2 对铁道车辆设计分析方案

铁道车辆由于涉及到的方面比较广泛，而且应用起来比较麻烦，所以理论性比较复杂。在铁道车辆设计方案中，对阻尼值的运算是一项非常谨慎的工作，这些人员要根据合理的数据分析，要增加车辆行驶过程中的稳定性，还要将值加入进去进行引导，控制好铁道车辆的最初速度。利用一些其他的设计模型和设计理念来进行分析和评价，将这些专业性的理论知识去反映车辆的动力学性能。还要根据实际情况和具体要求去模拟车辆在使用中的条件，就非线性车辆与线性车辆的模型进行对比和调整，得出最终的调试结果。同时，技术人员还要在操作人员试验车辆开始之前，为整个模拟的条件和环境该出合理的应用价值，管理员要从复杂的线性模型中去完善对车道车轮的控制策略与方案。

4.3 蛇形运动的分类

蛇行运动的状态还可以分为两种状态。一种蛇形运动是一次，主要表现的是车辆在车道运行状态的过程中，速度适中，而且属于摇头运动，稳定性较高。在车道运行的过程中等效锥度比较低，运行的频率和车体的整体状态比较接近，所以会使出现剧烈的横向移动或者是摇头运动。然后就是所了解的二次蛇形，操作人员要想避免二次蛇行运动的发生，让车恢复到原先的状态，就要去降低车的速度，让车的速度合理化，这样可以恢复车辆的稳定性。在车轮磨损的后期，车轮会出现一些复杂的问题。而且当时的锥度比较高，会导致蛇行频率与车体的形态近似相同，车辆在车道上行驶的过程中会出现强烈的抖动现象，这就是称作二次蛇行运动。这两者蛇形运动的关系有所不同，在数据参数上存在着一些矛盾。管理人员在设计的过程中，根据一次蛇行运动的缺点，正在逐渐地提高研究的效果和蛇形运动中的稳定性能，也逐渐开发出二次蛇行稳定性运动的控制性能方法。

5 车辆运行的稳定态分析

根据现在我国的科学家对车道蛇行稳定性运动的研究分析表明，车辆在运行的过程中横向平稳的移动，是根据车辆行驶的速度去改变自身的运行状态，它在运行中的平稳性不是成递增的形式出现的。研究学者表明，反向蛇形运动可以通过改变车的整体速度和整体运行状态去控制摇头震动。 同时对车辆的横向运动也造成了一些影响。如果操作人员在行车过程中增大速度时横向运动就会逐渐变得剧烈，稳定性能就会有所影响。与此同时，车辆在垂直方面的平稳性能也但随着车的速度逐渐增大。如果车辆在这时期是转弯的话，会出现蛇行运动，会发生稳定性缺失的情况，但是垂直方向的稳定性不会有剧烈的变化。这些研究成果都表现了蛇行运动对车辆的垂直方向的稳定性影响性能颇微弱。同时转向蛇行运动效率随着车辆在运行中的速度不断地增加而处于上升的状态，在不断地发生着变化。因为车速是不定的，随着车速的不断的改变，蛇行运动的频率也与车轮上的传动轴频率逐渐地接近，效果逐渐地相似。会产生共振的现象。这种现象都对这个速度段的车道行驶造成了一些影响，车到了稳定性出现了一些变化。设计专家也提出了抗蛇行减震器的研发，由于受到减震器内部的油态所影响时，减震器在运行的过程中出现频率过高的弹簧反应。根据这些研究的情况，科学技术人员正在扩大对蛇行运动状态稳定性的控制，也为铁道交通在未来的发展中奠定了良好的基础。

6 结语

根据上面我们所说的，铁路交通在我国的经济发展中举足轻重，也是我国在运输贸易中的一个重要的核心内容。铁道车辆在运行的过程中，随着速度在不断的变化，会出现一系列不可避免地故障，尤其是蛇行运动状态，这些情况都需要铁路部门相关技术管理人员加以重视，不断的将制度方案去完善，不断地去提高管理措施和策略。根据铁道车辆在运行中出现的蛇行运动状态这篇文章进行了具体分析和具体调整，同时，专家管理人员也根据蛇形运动状态去提出一些良好的控制措施。设计人员设计了一款抗蛇行减震器，这种机械设备可以通过小幅度的震动效果使车体增加更强的稳定性，为铁路运输行业的发展奠定了良好的基础。

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作者简介

李江利：（1971.10—），男，汉族，河南许昌人，大学本科。铁道车辆专业。