第6章　列车通信网络与主动控制技术应用实例：摆式列车倾摆控制系统《高速列车网络与控制技术》教学课件

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实例：摆式列车倾摆控制系统第6章机车车辆在通过曲线时产生离心力，其离心力的大小同质量和速度的平方成正比，与曲线半径的大小成反比。离心力的大小对乘客的乘坐舒适性有直接的影响。为了降低离心力，通常采用的办法是设置外轨超高。在有超高的曲线上，车体向内侧倾斜，使得离心加速度被重力加速度的横向分量抵消一部分。

6.1摆式列车的基本原理

6.1摆式列车的基本原理6.2.1倾摆控制系统结构

摆式列车的网络结构如图6.4、6.5所示。

6.2摆式列车的倾摆控制系统结构与功能

6.2摆式列车的倾摆控制系统结构与功能

6.2.2检测子系统

检测系统的功能在于测量列车通过曲线时的未平衡离心加速度。理论上讲，检测系统只需要加速度传感器测量横向的离心加速度即可。然而，列车在线路上运行时，由于线路轨道不平顺等因素影响，机车车辆将会受到激振，使安装在转向架构架上的加速度传感器检测到的信息除了离心加速度外，还包含了大量车辆车体及转向架的横向振动信息。

6.2摆式列车的倾摆控制系统结构与功能（1）线路数据预置方式

（2）GPS线路定位方式

（3）加速度传感器附加车体角度检测方式

（4）加速度传感器附加陀螺仪实时检测方式

6.2摆式列车的倾摆控制系统结构与功能

6.2摆式列车的倾摆控制系统结构与功能

6.2摆式列车的倾摆控制系统结构与功能

6.2摆式列车的倾摆控制系统结构与功能

6.2.3控制子系统

倾摆控制系统中的控制计算机主要指安装在头车上的倾摆控制计算机，其主要功能是根据检测系统提供的信息，按照一定的控制算法，如前面所讲的滞后补偿，计算出车体需要的倾摆角度，然后通过通信子系统即网络传输给各后续车辆的倾摆控制计算机，并对各车辆倾摆控制计算机回送的状态信息进行故障诊断及管理。

6.2摆式列车的倾摆控制系统结构与功能6.2.4通信子系统

6.2摆式列车的倾摆控制系统结构与功能6.2.5倾摆作动子系统

1．气动作动器

2．液压作动器

3．机电式作动器

4．机电液作动器

6.2摆式列车的倾摆控制系统结构与功能

6.2摆式列车的倾摆控制系统结构与功能

6.2摆式列车的倾摆控制系统结构与功能

6.2摆式列车的倾摆控制系统结构与功能

6.3.1倾摆机构模式

（1）四连杆式倾摆机构

（2）滚动导轨式倾摆机构

（3）抗侧滚扭杠式倾摆机构

（4）空气弹簧差压式倾摆机构

6.3摆式列车的相关技术

6.3摆式列车的相关技术1．四连杆式倾摆机构

6.3摆式列车的相关技术

6.3摆式列车的相关技术2．滚动导轨式倾摆机构

6.3摆式列车的相关技术

6.3摆式列车的相关技术6.3.2倾摆机构同步问题

摆式列车通过作动器和倾摆机构完成车体的倾摆功能。不论是采用四连杆倾摆机构，还是采用滚动导轨式倾摆机构模式，都是通过两个作动器提供动力来完成车体的倾摆动作。作动器安装在转向架之上，安装的空间位置受到限制，导致车体在左右倾摆过程中即使倾摆相同的角度，作动器的伸出和缩回的行程也会不一致；另外，为了保证转向架的互换，同一车辆两个转向架上的作动器采用相对安装的方式，如图6.27所示，即在倾摆过程中一个作动器处于伸出状态而另外一个作动器是处于缩回状态。6.3摆式列车的相关技术

6.3摆式列车的相关技术1．倾摆机构及作动器行程分析

以国产的摆式列车倾摆机构为例，可计算出作动器在倾摆过程中的行程，其结果如图6.28和表6.5所示。

6.3摆式列车的相关技术

6.3摆式列车的相关技术

6.3摆式列车的相关技术2．同步控制

从上面分析可以看出，为完成对车体倾摆的协调控制，必须从以下两个方面考虑：一是作动器要分伸出和缩回过程单独处理；二是对作动器进行同步控制。

6.3摆式列车的相关技术

6.3摆式列车的相关技术

6.3摆式列车的相关技术6.3.3受电弓倾摆系统

1．受电弓倾摆系统分类及其结构特点

（1）被动摆模式

（2）主动摆模式

6.3摆式列车的相关技术

6.3摆式列车的相关技术

6.3摆式列车的相关技术2．受电弓支承结构形式

3．普通机车弓、网接触关系介绍

4．摆式电动车组受电弓倾摆运动的标准

5．受电弓倾摆机构计算实例

6.3摆式列车的相关技术

6.3摆式列车的相关技术

6.3摆式列车的相关技术

6.3.4摆式列车对线路的要求

1．相关标准

（1）最大超高

（2）最小超高

（3）允许欠超高

（4）超高时变率允许值f

（5）欠超高时变率允许值β0

（6）道岔

（7）轨道类型

6.3摆式列车的相关技术

6.3摆式列车的相关技术2．摆式列车的缓和曲线长度

3．夹直线与圆曲线长度

4．计算实例

6.3摆式列车的相关技术

6.4.1摆式列车倾摆控制试验台介绍

6.4.2机电伺服系统设计及其仿真

1．机电式倾摆系统结构原理

6.4摆式列车倾摆作动系统设计实例2．机电式倾摆系统数学模型

3．系统仿真

4．机电式倾摆系统试验

（1）作动器性能试验

（