高速列车非线性空气悬架自适应反步控制研究

李 硕，马 顺，李艳山，王 宇，陈晓龙

（中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛266580）

高速列车的悬架系统对列车的平稳运行发挥着非常重要的作用[1-3]。传统的列车悬架系统由一系悬架组成，不存在控制系统，平稳性相对较差。高速列车在一系悬架的基础上增加二系空气悬挂，使得列车舒适性大大增加，空气悬架的应用对于提高高速列车的平顺性和舒适性具有巨大的作用。

目前对于高速列车悬架系统的研究，主要集中在悬架系统控制算法以及悬架结构和参数优化方面。如邓力等[4]针对传统半主动控制的缺陷，提出了开闭环优化控制算法，大大提高了列车横向运动的稳定性。曹青松等[5]考虑了列车在运行过程中的干扰，利用标准正交基函数进行预测控制。闫红卫等[6]比较了连续型和开关型天棚阻尼控制的优缺点，提出了适用于不同场合的控制方式。于日伟等[7]建立的耦合系统包括座椅、车体和转向架，并提出悬挂参数联合优化方法。崔庆霞等[8]和陈志辉等[9]通过准零刚度隔振方法，在二系悬挂结构中加入一对横向线性弹簧，使车体的垂向振动明显减小。

以上学者在研究过程中，忽略了悬架系统非线性对于控制效果的影响。由于二系悬架为空气悬架，存在着许多非线性因素，这些非线性因素在一定的载荷激励和频域范围内表现十分突出，对控制效果具有非常大的影响，且线性控制策略并不适合于非线性系统[10]。因此本文着重研究二系空气悬架的非线性特性，并通过仿真分析了不同速度以及干扰下的车体的振动情况，为后续高速列车的平顺性控制研究奠定了基础。……