未来高铁，智能减振系统前景广阔丨JME文章推荐
金天贺, 张志, 刘志明, 孙帅帅, 尹丽云. 高速列车H∞控制可变刚度悬挂系统应用研究[J]. 机械工程学报, 2022, 58(8): 204-214.
JIN Tianhe, ZHANG Zhi, LIU Zhiming, SUN Shuaishuai, YIN Liyun. Application Research on H∞ Controlled Variable Stiffness Suspension System of High-speed Train[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2022, 58(8): 204-214.
http://www.cjmenet.com.cn/CN/10.3901/JME.2022.08.204
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高速列车作为我国的一张名片，引起了较大关注，运行里程和速度不断增加，但在提减速、通过道岔、轮轨磨耗和进出站等工况中遇到较为剧烈的横向共振问题，对列车的运行稳定性和安全性存在一定的风险。基于此，金天贺, 张志, 刘志明等研究了高速列车可变刚度智能悬挂系统，旨在抑制列车共振，提高列车的运行性能，团队将研究成果以题为《高速列车H∞控制可变刚度悬挂系统应用研究》发表在《机械工程学报》2022年第8期。
首先，设计了两个结构紧凑式便于安装于车辆悬挂系统中的可变刚度磁流变减振器，减振器由杆件、弹簧、直线轴承、外缸、内缸、磁流变液、线圈、活塞以及后盖等部件组成，并通过MTS试验机对其性能进行了测试，测试结果表明其具备较高的刚度可控性；然后设计了一个轨道车辆1/8比例模型及其可控刚度悬挂系统，并搭建了一个高速列车振动测试平台，测试系统包括位移传感器、加速度传感器、六自由度振动试验台、数据采集与控制设备等；最后，基于H∞控制算法设计了可抑制列车车体横向共振的控制策略，并进行了被动悬挂和可控刚度悬挂试验测试，包括随机激励试验、谐波激励试验等。
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重要结论
所设计的可变刚度磁流变减振器结构紧凑，便于安装于实际高速列车悬挂系统中，并表现出了优异的刚度可控性能，当线圈电流从0变化到0.9 A时，其等效刚度系数从14.651 kN/m增加到41.580 kN/m，等效刚度增大了2.84倍；基于H∞控制算法设计了避免高速列车车体横向共振的控制策略，并通过设计高速列车缩比模型及其可控刚度悬挂系统进行了试验测试，测试结果表明，所设计的H∞控制可变刚度悬挂系统可以有效避免列车车体横向共振，提高车辆的运行性能，在谐波激励作用下，与被动悬挂相比，H∞控制可变刚度悬挂的车体振动加速度RMS值降低了52.8%；为更好地验证所设计H∞控制可变刚度悬挂的实际应用效果，对高速列车模型施加了随机振动激励以模拟列车的实际运行状态，试验测试结果表明所设计的智能悬挂系统可大幅提高车辆的运行平稳性和乘坐舒适性，与被动悬挂相比，车体的振动加速度RMS值降低了21.1%，车辆的乘坐舒适性提高了27.6%，乘坐舒适性水平从“C（相当不舒服）”提高至“B（一点儿不舒服）”，提高了两个等级。
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前景与应用
所设计的可变刚度磁流变减振器和可控刚度悬挂系统可应用于实际的高速列车系统中，而不需要改变现有转向架的结构，便于替换现有减振器，且试验结果验证了所设计的智能悬挂系统具备较好的振动控制性能，可以有效避免车体共振，大幅降低车体振动加速度，提高车辆乘坐舒适性。采用该项技术可以进一步提升高铁的运行能力，前景广阔。
主创简介
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编辑：李娜 校对：金程
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