[发明专利]一种主动控制抗侧滚方法

摘要

本发明公开了一种轨道交通用的抗侧滚扭杆装置及主动控制抗侧滚方法。本发明公开了一种可以对车体侧滚角度主动控制调节的抗侧滚扭杆装置以及利用该装置实现主动控制抗侧滚的方法。与现有技术比较，本发明解决了抗侧滚扭杆对线路和天气等环境适应性差的问题，可以在不影响正常车辆动力学性能的前提下，通过作动器施加作用力，抑制车体的侧滚运动，并且该作动器可以根据车辆运行速度的不同快速做出反应，满足车辆系统对抗侧滚作用的需求，实现了抗侧滚作用力可调、作用时间可控的目标，进一步可以提高车辆在复杂环境下的运行速度。

主权项

1.一种主动控制抗侧滚的方法，所述方法用轨道交通用的抗侧滚扭杆装置实现，所述扭杆装置，包括车辆传感器测试系统和抗侧滚扭杆；所述车辆传感器测试系统包括设置在待测车体(5)端部的陀螺仪(4)和设置在待测车体(5)下方的反馈控制器；所述抗侧滚扭杆，包括扭杆(1)、至少一对水平扭转臂(2)和至少一对竖直作动器(3)；所述竖直作动器(3)与一端与车体(5)连接，另一端与水平扭转臂(2)一端铰连接，水平扭转臂(2)的另一端与扭杆(1)活动连接；所述陀螺仪(4)用于测得车体(5)相对地面的实际侧滚角θm；所述反馈控制器会根据测得的车体(5)的实际侧滚角θm与预先设置的车体(5)侧滚角的限值进行比较，判断是否需要对竖直作动器(3)进行操作；所述方法特征在于：步骤如下：(a)反馈控制器中预先设置好车体(5)侧滚角的限值；(b)安装在车体(5)端部的陀螺仪(4)测试得到车体(5)相对地面的实际侧滚角θm；(c)反馈控制器会根据测得的车体(5)的实际侧滚角θm与预先设置的车体(5)侧滚角的限值进行比较，判断是否需要对竖直作动器(3)进行操作；具体过程如下：所述车体(5)侧滚角的限值为固定的最大车体(5)侧滚角的限值θ0；当θm≤θ0时，反馈控制器不对抗侧滚扭杆进行作用，竖直作动器(3)相当于刚性直杆，与被动抗侧滚扭杆的作用相同；当θm>θ0时，车体(5)的实际侧滚角θm超过了车体(5)侧滚角的限值，需要竖直作动器(3)额外提供作动力F，增大扭杆(1)的扭矩M；作动力与抗侧滚扭杆的扭矩M的关系是：F·b＝Kt·θ'＝M其中，b是水平扭转臂(2)的水平长度，Kt是扭杆(1)的角刚度，θ'是扭杆(1)的扭转角；扭杆(1)的角刚度Kt与材料的固有属性有关，确定后刚度无法修改，通过施加作动力F，从而控制扭杆(1)的扭转角θ'实现了对车体(5)侧滚运动的抑制作用；从传感器测得车体(5)的实际侧滚角θm到竖直作动器(3)做出反应的时间是t＝L/v，陀螺仪(4)的安装位置与抗侧滚扭杆在车体(5)上的安装位置间距是L，快速反应并做出抑制车体(5)侧滚运动的行为，竖直作动器(3)施加的额外作用力表示为：其中，Fs是单元作用力，系统会根据施加后车体(5)侧滚角是否满足θm≤θ0的条件，若不满足则继续加载单元作用力，如此重复，直至达到θm≤θ0的目标；或者，步骤(a)中的所述车体(5)侧滚角的限值为根据曲线线路参数得到实际所需要的车体(5)最大侧滚角θc；为提高干线客车车辆通过曲线线路的运行速度，通过抗侧滚扭杆主动控制技术，抵消车体(5)通过曲线时的未平衡横向加速度，车辆通过曲线线路的未平衡横向加速度是：ac＝v2/R‑g sin(θ+θc)其中，ac是车辆的未平衡横向加速度，R是曲线线路半径，g是重力加速度，θ是曲线线路超高引起的车体倾斜角，θc是车体的侧滚角；根据曲线线路参数可以得到所需要的车体(5)最大侧滚角θc；那么车载GPS信息实时与控制系统中预先设置好的线路图对照，当车辆系统运行至曲线线路的缓和曲线线路段时，竖直作动器(3)开始作用，竖直作动器(3)施加的额外作用力可表示为：系统会根据施加后车体(5)侧滚角是否满足θm＝θc的条件，若不满足则继续加载单元作用力，如此重复，直至达到θm＝θc的目标，当θm>θc时，竖直作动器(3)会减小作用力，避免车体(5)侧滚角度过大；竖直作动器(3)的作用时间从车辆进入缓和曲线至车辆到达圆曲线段，车辆运行的距离为s，根据车辆运行速度v，那么作用时间tc＝s/v；(d)控制垂直作动器(3)施加单元载荷，促使扭杆(1)产生扭矩；然后再进行步骤(c)的判断，车体(5)的实际侧滚角θm是否满足控制策略的需求。