CN110155101B - 横向全主动控制减振***及其中控制器的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种横向全主动控制减振***及其中控制器的控制方法，该方法包括：进入主动减振模式后，获取车体的运动参数信息和线路信息；基于运动参数信息，采用与线路信息相匹配的控制算法，获取全主动减振器的控制力信号；将控制力信号发送至全主动减振器，以使全主动减振器根据控制力信号产生相应的阻尼力。本发明实施例通过根据运动参数信息和线路信息产生相应的控制力信号，以使全主动减振器产生相应的阻尼力，充分考虑了不同线路以及车辆的不同运动状态的控制性能，能够在不同运行情况自适应调节全主动减振器的阻尼力，在多种运行情况下均能够解决轨道车辆的晃车现象，提高了车辆的舒适度。

Description

横向全主动控制减振***及其中控制器的控制方法

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，更具体地，涉及一种横向全主动控制减振***及其中控制器的控制方法。

背景技术

高速动车组在运行中常常受到轨道激励和横风激励等因素，上述因素会引起高速动车车体共振，从而发生摇头振动、横移振动、上心摆振动和下心摆振动等晃车现象，严重影响动车的舒适度。现有技术中的减振器通常为被动减振器，这种类型的减振器所产生的阻尼力通常是不可调节的，而不同的运行状况下需要不同的阻尼力才能避免晃车，因此现有技术中的被动减振器不能很好的解决晃车现象。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的横向全主动控制减振***及其中控制器的控制方法。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种横向全主动控制减振***中控制器的控制方法，该方法包括：进入主动减振模式或半主动减振模式后，获取车体的运动参数信息和线路信息；基于所述运动参数信息，采用与所述线路信息相匹配的控制算法，获取全主动减振器的控制力信号；据所述控制力信号产生相应的阻尼力。

根据本发明实施例第二方面，提供了一种横向全主动控制减振***，该***包括：控制器、全主动减振器和传感器；控制器用于执行上述第一方面提供的横向全主动控制减振***中控制器的控制方法；全主动减振器设置于车体中心销与构架之间；传感器包括横向振动加速度传感器、垂向振动加速度传感器和位移传感器；其中，横向振动加速度传感器设置于车体的一位端和二位端，横向振动加速度传感器用于测量车体的横向振动加速度；其中，垂向振动加速度传感器设置于空簧附近的车体上，垂向振动加速度传感器用于测量车体的垂向振动加速度；其中，位移传感器内置于全主动减振器中，位移传感器用于采集车体与构架之间的相对位移信息；控制器还包括车体摇头运动求解器、车体侧滚运动求解器、车体横移运动求解器和车体构架相对位移求解器；其中，车体摇头运动求解器用于根据横向振动加速度获得车体摇头加速度；其中，车体侧滚运动求解器用于根据垂向振动加速度获得车体侧滚加速度；其中，车体横移运动求解器用于根据横向振动加速度和垂向振动加速度获得车体横移加速度；其中，车体构架相对位移求解器用于获得车体与构架之间的相对位移信息。

根据本发明实施例的第三方面，提供了一种轨道车辆，该车辆包括上述第二方面提供的横向全主动控制减振***。

根据本发明实施例的第四方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的横向全主动控制减振***中控制器的控制方法。

根据本发明实施例的第五方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的横向全主动控制减振***中控制器的控制方法。

本发明实施例提供的横向全主动控制减振***及其中控制器的控制方法，通过根据运动参数信息和线路信息产生相应的控制力信号，以使全主动减振器产生相应的阻尼力，充分考虑了不同线路以及车辆的不同运动状态的控制性能，能够在不同运行情况自适应调节全主动减振器的阻尼力，在多种运行情况下均能够解决轨道车辆的晃车现象，提高了车辆的舒适度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的横向全主动控制减振***及其中控制器的控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的横向全主动控制减振***的布置图；

图3为本发明实施例提供的横向全主动控制减振***的左视图；

图4为本发明实施例提供的横向全主动控制减振***的B-B视图；

图5为本发明另一实施例提供的横向全主动控制减振***及其中控制器的控制方法的流程示意图；

图6为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。

图中，1：全主动减振器；2：全主动减振器；3：全主动减振器；4：全主动减振器；5：中心销；6：中心销；7：构架；8：控制箱；9：横向振动加速度传感器；10：横向振动加速度传感器；11：位移传感器；12：位移传感器；13：位移传感器；14：位移传感器；15：加速度传感器；16：加速度传感器；17：垂向振动加速度传感器；18：垂向振动加速度传感器；19：垂向振动加速度传感器；20：垂向振动加速度传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种横向全主动控制减振***中控制器的控制方法，该方法可由轨道车辆的横向全主动控制减振***中的控制器执行。参见图1，该方法包括但不限于如下步骤：

步骤101、进入主动减振模式后，获取车体的运动参数信息和线路信息。

具体地，横向全主动控制减振***中的控制器可处于多种控制模式，例如主动减振模式、半主动减振模式和被动减振模式。在控制器进入主动减振模式后，控制器能够获得车体的运动参数信息和线路信息。其中，运动参数信息是能够反映车辆运动情况的参数，例如包括振动参数和加速度参数等，本发明实施例对运动参数信息的具体类型不作限定。可通过设置于车体的传感器获得运动参数信息后，由传感器将运动参数信息发送至控制器。线路信息反映车辆所行驶的路线的情况，例如包括线路的曲率、超高、车辆在线路上的位置等信息。线路信息可通过陀螺仪、路面信标或者从***调取提前测好的线路信息等方式获得。

步骤102、基于运动参数信息，采用与线路信息相匹配的控制算法，获取全主动减振器的控制力信号。

具体地，在步骤101中获得了运动参数信息和线路信息后，在步骤102中，首先可基于线路信息获得与该线路信息相匹配的控制算法。具体地，当车辆运行在不同类型的线路时，对减振的要求是不同的，从而可预先针对不同的线路为控制器设定不同的工作模式，不同的工作模式对应于不同的控制算法。例如针对车辆行驶在直线轨道时以及行驶在曲线轨道时，可分别设定不同的控制算法。在确定了工作模式后，可采用相应的控制算法，基于运动参数信息求解出全主动减振器的控制力信号。应当说明的是，全主动减振器的数量可以为一个或多个，不同的全主动减振器可设置于车体的不同位置，控制器可以分别为每一个全主动减振器计算出相应的控制力信号。

步骤103、将控制力信号发送至全主动减振器，以使全主动减振器根据控制力信号产生相应的阻尼力。

具体地，在步骤102中控制器计算出了每个全主动减振器的控制力信号后，将每个控制力信号发送给相对应的全主动减振器，全主动减振器可将控制力信号转换成电磁阀的控制信号，并基于电磁阀的控制信号对电磁阀的开闭进行控制，从而产生相应的阻尼力F＝F_A+F_B以衰减车体的振动；其中，控制力信号是模拟信号，电磁阀的控制信号是电流信号。

本发明实施例提供的横向全主动控制减振***中控制器的控制方法，通过根据运动参数信息和线路信息产生相应的控制力信号，以使全主动减振器产生相应的阻尼力，充分考虑了不同线路以及车辆的不同运动状态的控制性能，能够在不同运行情况自适应调节全主动减振器的阻尼力，在多种运行情况下均能够解决轨道车辆的晃车现象，提高了车辆的舒适度。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，运动参数信息包括：车体加速度信息、车体速度信息以及车体与构架之间的相对位移信息；其中，车体加速度信息包括：车体摇头加速度、车体侧滚加速度和车体横移加速度；车体速度信息包括：车体摇头速度、车体侧滚速度和车体横移速度。

具体地，可在车体上的不同位置处设置不同类型的传感器，通过传感器来获得运动参数信息。其中，传感器可包括横向振动加速度传感器、垂向振动加速度传感器和位移传感器。其中，横向振动加速度传感器设置于车体的一位端和二位端，横向振动加速度传感器用于测量车体的横向振动加速度；其中，垂向振动加速度传感器设置于空簧附近的车体上，垂向振动加速度传感器用于测量车体的垂向振动加速度；其中，位移传感器内置于全主动减振器中，位移传感器用于采集车体与构架之间的相对位移信息。

上述传感器将采集到的振动信号(包括横向振动加速度和垂向振动加速度)和位移信号，经低通滤波处理滤除高频噪声信号后经A/D转换，传输到控制器。控制器可基于上述振动信号和位移信号求解出车体横移加速度和速度、侧滚加速度和速度、摇头加速度和速度以及车体与构架的相对位移信息。

其中，参见图2至图4，控制器可根据横向振动加速度传感器9的测量值ah_9和横向振动加速度传感器10的测量值ah_10，获得的车体的摇头加速度aY为：

控制器可根据垂向振动加速度传感器17的测量值av_17、垂向振动加速度传感器18的测量值av_18、垂向振动加速度传感器19的测量值av_19和垂向振动加速度传感器20的测量值av_20，获得的车体的侧滚加速度aR为：

控制器可根据横向振动加速度传感器9的测量值ah_9、横向振动加速度传感器10的测量值ah_10、垂向振动加速度传感器17的测量值av_17、垂向振动加速度传感器18的测量值av_18、垂向振动加速度传感器19的测量值av_19和垂向振动加速度传感器20的测量值av_20，获得的车体的横移加速度aL为：

车体和构架的相对位移dy可通过内置的位移传感器11～14求得。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，控制算法通过如下方式确定：若根据线路信息判断车体在直线轨道行驶，则控制算法为天棚主动控制算法或H∞主动控制算法；若根据所述线路信息判断所述车体在曲线轨道行驶，则所述控制算法为第一叠加控制算法或第二叠加控制算法，其中，所述第一叠加控制算法为天棚主动控制算法和车体对中控制HOD的叠加控制算法，所述第二叠加控制算法为H∞主动控制算法和车体对中控制HOD的叠加控制算法。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，采用与线路信息相匹配的控制算法，获取全主动减振器的控制力信号，还包括：若根据线路信息判断车体在过渡曲线轨道行驶，关闭控制器。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，进入主动减振模式后，获取车体的运动参数信息和线路信息之前，还包括：若判断获知车体的运行速度大于速度阈值，则进入所述主动减振模式或所述半主动减振模式；否则，进入被动减振模式。

具体地，参见图5，对上述不同的工作模式进行说明：

当车辆在直线轨道行驶时，若运行速度小于预先设定的速度阈值V_设时，则控制器进入被动减振模式；若运行速度大于速度阈值V_设时，则控制器自动切换至主动减振模式。另外，当主动减振***或者车辆***发生任何故障时，主动减振***会根据***设定的程序，控制器自动切换至被动减振模式，以保证行车安全。并且，全主动减振器可具有三种模式：主动减振模式、半主动减振模式和被动减振模式。不同的模式之间的切换由控制器进行控制。其中，当车辆运行速度小于预先设定的速度阈值V_设时，全主动减振器处于被动减振模式；而当车辆运行速度大于预先设定的速度阈值V_设时，全主动减振器可以处于主动减振模式或半主动减振模式，而具体处于哪种模式是预先确定好的。

在主动减振模式(或者半主动减振模式)下，若车辆仍在直线轨道上行驶，则仅使用天棚主动控制算法或者H∞主动控制算法；当检测到车辆由直线进入过渡曲线时，暂时关闭控制***，防止控制***输出控制力使车体和转向架相对位移增大，导致车体碰到止档减低舒适度。当检测到车辆从过渡曲线进入曲线时，开启主动控制算法，在此模式下使用天棚主动控制算法或者H∞主动控制算法和车体对中控制(HOD)叠加控制。

其中，车体对中控制的控制力信号B可根据以下公式求得。

式中：m_b为车体重量，aL_l为实测车体横移加速度信号经滤波后的低频信号。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，采用与线路信息相匹配的控制算法，获取全主动减振器的控制力信号，还包括：获取行驶方向，并根据所述行驶方向对所述控制算法进行修正；其中，所述行驶方向包括正向行驶和反向行驶，所述控制算法包括：第一叠加控制算法和第二叠加控制算法中的一个以及天棚主动控制算法和H∞主动控制算法中的一个。其中，获取行驶方向的方式具体为：根据预先设定的行驶方向确定标志值，其中，标志值取1为正向行驶，取值为0为反向行驶。控制器可根据标志值对上述控制算法进行修正。

本发明实施例提供了一种横向全主动控制减振***，该横向全主动控制减振***中的控制器用于执行上述方法实施例中的横向全主动控制减振***中控制器的控制方法。参见图2、图3、图4和图6，该***包括：控制器、全主动减振器和传感器。

控制器用于执行如上述实施例提供的横向全主动控制减振***中控制器的控制方法的任意一种可能的实现方式。

全主动减振器(即部件1、2、3和4)设置于车体中心销5与构架7之间。控制器计算出了每个全主动减振器的控制力信号后，将每个控制力信号发送给相对应的全主动减振器。全主动减振器可将控制力信号转换成电磁阀的控制信号，并基于电磁阀的控制信号对电磁阀的开闭进行控制，从而产生相应的阻尼力F＝F_A+F_B以衰减车体的振动；其中，控制力信号是模拟信号，电磁阀的控制信号是电流信号。

传感器包括横向振动加速度传感器、垂向振动加速度传感器和位移传感器。

其中，横向振动加速度传感器(即部件9和10)设置于车体的一位端和二位端，横向振动加速度传感器用于测量车体的横向振动加速度。

其中，垂向振动加速度传感器(即部件17、18、19和20)设置于空簧附近的车体上，垂向振动加速度传感器用于测量车体的垂向振动加速度。

其中，位移传感器(即部件11、12、13和14)内置于全主动减振器中，位移传感器用于采集车体与构架之间的相对位移信息。

另外，加速度传感器15和加速度传感器16设置于前后构架上；部件8为控制箱。

控制器还包括车体摇头运动求解器、车体侧滚运动求解器、车体横移运动求解器和车体构架相对位移求解器。

其中，车体摇头运动求解器用于根据横向振动加速度获得车体摇头加速度。具体地，车体摇头运动求解器可根据横向振动加速度传感器9的测量值ah_9和横向振动加速度传感器10的测量值ah_10，获得的车体的摇头加速度aY为：

其中，车体侧滚运动求解器用于根据垂向振动加速度获得车体侧滚加速度。具体地，车体侧滚运动求解器可根据垂向振动加速度传感器17的测量值av_17、垂向振动加速度传感器18的测量值av_18、垂向振动加速度传感器19的测量值av_19和垂向振动加速度传感器20的测量值av_20，获得的车体的侧滚加速度aR为：

其中，车体横移运动求解器用于根据横向振动加速度和垂向振动加速度获得车体横移加速度。具体地，车体横移运动求解器可根据横向振动加速度传感器9的测量值ah_9、横向振动加速度传感器10的测量值ah_10、垂向振动加速度传感器17的测量值av_17、垂向振动加速度传感器18的测量值av_18、垂向振动加速度传感器19的测量值av_19和垂向振动加速度传感器20的测量值av_20，获得的车体的横移加速度aL为：

其中，车体构架相对位移求解器用于获得车体与构架之间的相对位移信息。具体通过内置的位移传感器11～14的测量值求得。

本发明实施例提供的横向全主动控制减振***，采用减振器和控制***分离设计，提高了***的可靠性；在控制***设计中，同时考虑直线轨道和曲线轨道的控制性能，提高了高速列车的舒适度；并且，解决了高速列车在受到轨道不平顺激励和横向风激励等因素引起的车体摇头振动、横移振动、上心摆振动和下心摆振动等，克服了传统的被动减振器不能根据线路状况自适应调节***参数的问题。本发明可以有效地提高高速列车在不同线路上运行的舒适度。

本发明实施例还提供一种轨道车辆，包括上述实施例提供的横向全主动控制减振***。

本发明实施例提供了一种电子设备，如图6所示，该设备包括：处理器(processor)501、通信接口(Communications Interface)502、存储器(memory)503和通信总线504，其中，处理器501，通信接口502，存储器503通过通信总线504完成相互间的通信。处理器501可以调用存储器503上并可在处理器501上运行的计算机程序，以执行上述各实施例提供的横向全主动控制减振***中控制器的控制方法，例如包括：进入主动减振模式后，获取车体的运动参数信息和线路信息；基于运动参数信息，采用与线路信息相匹配的控制算法，获取全主动减振器的控制力信号；将控制力信号发送至全主动减振器，以使全主动减振器根据控制力信号产生相应的阻尼力。

此外，上述的存储器503中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的横向全主动控制减振***中控制器的控制方法，例如包括：进入主动减振模式后，获取车体的运动参数信息和线路信息；基于运动参数信息，采用与线路信息相匹配的控制算法，获取全主动减振器的控制力信号；将控制力信号发送至全主动减振器，以使全主动减振器根据控制力信号产生相应的阻尼力。

以上所描述的电子设备等实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种横向全主动控制减振***中控制器的控制方法，其特征在于，包括：

进入主动减振模式或半主动减振模式后，获取车体的运动参数信息和线路信息；

基于所述运动参数信息，采用与所述线路信息相匹配的控制算法，获取全主动减振器的控制力信号，其中，所述控制算法通过如下方式确定：

若根据所述线路信息判断所述车体在过渡曲线轨道行驶，则关闭控制器；

若所述车体未在过渡曲线轨道行驶，并且根据所述线路信息判断所述车体在直线轨道行驶，则所述控制算法为天棚主动控制算法或H∞主动控制算法；

若所述车体未在过渡曲线轨道行驶，并且根据所述线路信息判断所述车体在曲线轨道行驶，则所述控制算法为第一叠加控制算法或第二叠加控制算法，其中，所述第一叠加控制算法为天棚主动控制算法和车体对中控制HOD的叠加控制算法，所述第二叠加控制算法为H∞主动控制算法和车体对中控制HOD的叠加控制算法；

将所述控制力信号发送至所述全主动减振器，以使所述全主动减振器根据所述控制力信号产生相应的阻尼力。

2.根据权利要求1所述的横向全主动控制减振***中控制器的控制方法，其特征在于，所述运动参数信息包括：车体加速度信息、车体速度信息以及车体与构架之间的相对位移信息；

其中，所述车体加速度信息包括：车体摇头加速度、车体侧滚加速度和车体横移加速度；所述车体速度信息包括：车体摇头速度、车体侧滚速度和车体横移速度。

3.根据权利要求1所述的横向全主动控制减振***中控制器的控制方法，其特征在于，所述进入主动减振模式后，获取车体的运动参数信息和线路信息之前，还包括：

若判断获知车体的运行速度大于速度阈值，则进入所述主动减振模式或所述半主动减振模式；否则，进入被动减振模式。

4.根据权利要求1所述的横向全主动控制减振***中控制器的控制方法，其特征在于，采用与所述线路信息相匹配的控制算法，获取全主动减振器的控制力信号，还包括：

获取行驶方向，并根据所述行驶方向对所述控制算法进行修正；其中，所述行驶方向包括正向行驶和反向行驶，所述控制算法包括：第一叠加控制算法和第二叠加控制算法中的一个以及天棚主动控制算法和H∞主动控制算法中一个。

5.一种横向全主动控制减振***，其特征在于，包括：控制器、全主动减振器和传感器；

所述控制器用于执行如权利要求1-4任一项所述的横向全主动控制减振***中控制器的控制方法；

所述全主动减振器设置于车体中心销与构架之间；

所述传感器包括横向振动加速度传感器、垂向振动加速度传感器和位移传感器；

其中，所述横向振动加速度传感器设置于车体的一位端和二位端，所述横向振动加速度传感器用于测量车体的横向振动加速度；

其中，所述垂向振动加速度传感器设置于空簧附近的车体上，所述垂向振动加速度传感器用于测量车体的垂向振动加速度；

其中，所述位移传感器内置于所述全主动减振器中，所述位移传感器用于采集车体与构架之间的相对位移信息；

所述控制器还包括车体摇头运动求解器、车体侧滚运动求解器、车体横移运动求解器和车体构架相对位移求解器；

其中，所述车体摇头运动求解器用于根据所述横向振动加速度获得车体摇头加速度；

其中，所述车体侧滚运动求解器用于根据所述垂向振动加速度获得车体侧滚加速度；

其中，所述车体横移运动求解器用于根据所述横向振动加速度和所述垂向振动加速度获得车体横移加速度；

其中，所述车体构架相对位移求解器用于获得所述车体与构架之间的相对位移信息。

6.一种轨道车辆，其特征在于，包括如权利要求5所述的横向全主动控制减振***。

7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至4任一项所述横向全主动控制减振***中控制器的控制方法的步骤。

8.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述横向全主动控制减振***中控制器的控制方法的步骤。

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