Page 11 - 《振动工程学报》2025年第11期

第 11 期 凌 亮，等：强横风环境下高速列车运行安全自适应约束跟随控制 2469

列车运行平稳性的影响，高速列车车体前、后端以
2 主 动 控 制 效 果 分 析 及不同方向上的平稳性指标 [21] 统计结果如图 8 所示。
图 横坐标表示在车体前后端两个测点测得的
8
2.1 运行平稳性 车体不同方向上的振动加速度，再根据相关标准计
算得到不同位置以及不同方向上的平稳性指标。从
当车速为 300 km/h、风速为 25 m/s 时，不同悬挂
图 8 中能够直观地看出，相较于其他被动以及主动
作用下的车体一位端振动加速度时域计算结果如
控制策略，本文所提出的主动控制策略能够有效地、
图 7 所示。图 7 中，PS 表示被动悬挂系统，QS 表示
更全面地提升高速列车的横向以及垂向运行平稳性。
采用准静态控制策略的主动悬挂系统，SMC 表示采
在 AICFC-BIS 主动悬挂系统作用下，随机横风
用滑膜控制策略的主动悬挂系统，AICFC-BIS 表示
环境下高速列车的垂向 Sperling 指标和横向 Sperling
采用自适应鲁棒位移不等式约束跟随控制策略的主
指标分别降低了 42.7% 和 44.4%。图 9 展示了不同
动悬挂系统。
PS QS SMC AICFC-BIS
在被动悬挂、QS、SMC 以及 AICFC-BIS 主动悬
4
挂作用下，高速列车的车体前端横向加速度最大值
2
分别为 1.38、1.62、0.13、0.14 m/s ，车体后端的横向
3
加速度最大值分别为 1.56、1.38、0.13、0.12 m/s 。高
2
速列车的车体前端垂向加速度最大值分别为 1.46、 平稳性指标 2
1.33、1.33、0.26 m/s ，车体后端的垂向加速度最大值
2
分别为 1.26、1.19、1.18、0.18 m/s 。不难看出，相较 1
2
于被动悬挂以及文献中提出的主动控制策略，本文
所提出的主动控制策略能够更加有效地提升随机横 0
一位端 二位端 一位端 二位端
风环境下高速列车的运行平稳性。 垂向 垂向 横向 横向
为进一步探究横风环境下不同控制策略对高速 图 8 不同控制策略下的平稳性指标
Fig. 8 Ride comfort indices under different control strategies
PS QS SMC AICFC-BIS

2.4

被动控制 主动控制
4
横向加速度 / (m·s −2 ) 0 平稳性指标 3 2
1.2

−1.2
1
−2.4
0 6 12 18 24 30
时间 / s 0 10 15 20 25 30
(a) 车体横向加速度 −1
速度 / (m·s )
(a) Lateral acceleration of carbody
2.4 (a) 横向平稳性指标
(a) Lateral ride comfort index
4
垂向加速度 / (m·s −2 ) 0 平稳性指标 3 2
1.2

−1.2
1
−2.4
0 6 12 18 24 30
时间 / s 0 10 15 20 25 30
(b) 车体垂向加速度 速度 / (m·s )
−1
(b) Vertical acceleration of carbody
(b) 垂向平稳性指标
图 7 不同控制策略下的车体振动加速度 (b) Vertical ride comfort index
Fig. 7 Vibration accelerations of carbody under different 图 9 不同风速下的平稳性指标
control strategies Fig. 9 Ride comfort indices under different wind speeds