Page 7 - 《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 2465

等 [5] 基于流固耦合方法对高速列车在侧风环境下高 踪控制。张恒等 [13] 提出了一种基于线性轨道涡流制
速通过站台以及高速交会时的运行安全性进行了研 动系统的主动控制策略，为高速列车的风致安全性
究。薛蕊等 [6] 构建了基于 COOPER 理论的非稳态风 主动控制提供了思路。ZHANG 等 [14] 以抑制高速列
谱作用下货运动车组车体-集装器耦合动力学模型， 车车体横向、摇摆和侧滚运动姿态为目标，基于扰
研究了非稳态横风对货运动车组系统横向振动特性 动观测器和滑模控制理论提出了一种提升高速列车
的影响。朱剑月等 [7] 运用涡声理论和声类比方法， 在强侧风下的运行稳定性和安全性的控制方法。
研究了转向架舱外安装裙板对高速列车头车空气动 本文针对随机强横风作用下高速列车动力学性
力与气动噪声特性的影响。 能恶化问题，利用计算流体软件获得了不同偏转角
随着高速列车运行范围的不断扩大，高速列车 度下高速列车的气动系数，基于 COOPER 理论建立
服役环境愈加复杂，传统被动悬挂系统难以保证强
了高速列车随机横风载荷模型，最终构建了考虑横
横风等复杂环境下高速列车保持优异动力学性能。
风效应的高速列车主动悬挂控制模型。探究了自适
因此，在高速列车横风安全性以及半主动/主动悬挂
应鲁棒位移不等式约束跟随控制策略驱动的仿生主
控制技术研究 [8-14] 基础上，世界各国学者广泛研究了
动悬挂系统（AICFC-BIS）对强横风环境下高速列车
横 风 条 件 下 高 速 列 车 运 行 安 全 主 动 控 制 措 施 。
运行平稳性和安全性的提升效果，并分析了关键控
HECKMANN 等 [8] 讨论了利用主动悬挂控制技术提
制参数对主动悬挂控制效果的影响机制。

升列车横风稳定性的各种方法。THOMAS 等 [9] 研究
提出了利用主动二系悬挂提升高速列车横风稳定性
的技术策略。陈春俊等 [10] 基于天棚阻尼理论提出了 1 高 速 列 车 主 动 悬 挂 控 制 模 型
一种虚拟惯性阻尼控制算法，通过对车体横向振动
进行半主动控制，可抑制轨道不平顺和气动载荷引 横风环境下高速列车主动悬挂控制分析模型如
起的横向振动，从而提升列车横向平稳性。李德仓 图 1 所示，图中 H 为高速列车的高度。首先，基于车
等 [11] 设计了一种滑模自适应鲁棒控制器，以实现不 辆-轨道耦合动力学理论建立了高速列车动力学模
同风速下高速列车对给定安全运行速度的高精度跟 型， 采 用 流 体 动 力 学 软 件 计 算 获 得 了 气 动 载 荷 系

36H 5.0
C
C Fs C Fl Mr C Mp C My
速度入口 2.5
气 10H ;
动 压力入口 Z Y 34H 地面 气动载荷系数 0
系 对称边界 O X 速度入口 −2.5
数 108H ;
54H
压力出口 −5.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
11H 偏侧角 / rad
25H
气动载荷

高速列车动力学模型
车速v
动 v 风速w
力 激挠 随 β α 风向角α
学 机 u s w 侧偏角β
模 横 合成风速u s
型 风

M, B, R

等式约束 车体动力学方程

控 不确定分解
制
策
略 约束跟随控制 自适应率 约束误差 β e =Aq−c
2
3
AICFC-BIS:

图 1 横风环境下高速列车主动悬挂控制分析模型
Fig. 1 Analysis model of active suspension control for high-speed train under crosswind