CN106051028A - 浮置板轨道磁流变阻尼控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种浮置板轨道磁流变阻尼控制方法及装置，所述浮置板轨道磁流变阻尼控制方法包括：依据车辆‑磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道垂向耦合系统动力学模型获得磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间的最佳值；通过磁流变阻尼器的地棚半主动开关控制磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间调整至最佳值。本发明将磁流变阻尼器引入传统的浮置板轨道中，通过调整磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间等参数的值控制磁流变阻尼器，有效抑制浮置板轨道固有频率附近的振动放大现象，同时显著减小浮置板轨道最大垂向振动位移，提高轮轨安全性。

Description

浮置板轨道磁流变阻尼控制方法及装置

技术领域

本发明涉及轨道减振降噪领域，具体而言，涉及一种浮置板轨道磁流变阻尼控制方法及装置。

背景技术

为了治理地铁振动与噪声，往往会在轨道上采取减振降噪措施。近年来，我国地铁领域内陆续出现了高弹扣件、弹性轨枕与橡胶或钢弹簧浮置板轨道。在相同或可比的条件下，钢弹簧浮置板轨道是目前减振降噪效果最好的减振轨道。但是，浮置板轨道的减振效果受限于它的固有频率。若想进一步提高浮置板轨道的减振效果，要么降低浮置板支承刚度，要么增大浮置板质量。增大质量势必增加建筑空间，同时增大工程投入；降低刚度必然增加轨道位移，但是为了保证车辆与轨道的安全服役，又不允许出现过大的钢轨与浮置板位移。按照《浮置板轨道技术规范》(CJJ/T191-2012)，浮置板轨道中的钢轨与浮置板的最大垂向振动位移分别不得高于4mm和3mm。显然，传统钢弹簧浮置板轨道的减振设计参数——质量与刚度的可调范围已十分有限。

近年来，随着磁流变阻尼半主动控制技术的快速发展，该项技术已成功应用于土木工程结构的抗震中。但是非常可惜的是，该项技术还没有应用到轨道减振技术中。

发明内容

有鉴于此，本发明从阻尼角度优化浮置板轨道的低频减振效果，结合磁流变阻尼器的非线性动力特征及其工作原理，运用车辆-轨道垂向耦合系统动力学理论，提出了浮置板轨道磁流变阻尼控制方法及装置，以改善上述的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下所述：

一种浮置板轨道磁流变阻尼控制方法，用于浮置板轨道的减振降噪，所述浮置板轨道包括磁流变阻尼器和钢弹簧，所述磁流变阻尼器内置于所述钢弹簧，所述方法包括：

依据车辆-磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道垂向耦合系统动力学模型获得磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间的最佳值；

通过磁流变阻尼器的地棚半主动开关控制磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间调整至最佳值。

优选地，所述磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间的最佳值由所述车辆-磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道垂向耦合系统动力学模型中钢轨与浮置板的垂向振动位移和浮置板的支点反力符合预定条件时获得。

优选地，所述依据车辆-磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道垂向耦合系统动力学模型获得磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间的最佳值的步骤之前还包括步骤：创建车辆-磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道垂向耦合系统动力学模型，所述模型包括公式：

$E_s{I}_s\frac{{\∂}^4{Z}_s(x,t)}{\∂x^4}+\frac{M_s}{L_s}\frac{{\∂}^2{Z}_s(x,t)}{\∂t^2}={\Σ}_{i=1}^{N_p}{F}_{rsi}\left(t\right)\mathrm{\δ}(x-x_i)-{\Σ}_{j=1}^{N_f}{F}_{ssj}\left(t\right)\mathrm{\δ}(x-x_j)$

其中：

$F_{ssj}\left(t\right)=K_{sj}{Z}_s(x_j,t)+C_{sj}{\stackrel{\·}{Z}}_s\left(x_{j,}t\right)+F_c\mathrm{sgn}\[{\stackrel{\·}{Z}}_s\left(x_{j,}t\right)\]$

x为浮置板沿长度方向的坐标值、t为浮置板垂向振动的时间变量、i为钢轨扣件编号、j为磁流变隔振器编号、x_i为浮置板上第i个钢轨扣件的坐标位置、x_j为浮置板下第j个磁流变隔振器的坐标位置、δ为Dirac函数、E_s为轨道板弹性模量、I_s为截面极惯性矩、M_s为轨道板质量、L_s为轨道板长度、K_pi为第i个钢轨扣件刚度、C_pi为第i个钢轨扣件粘滞阻尼系数、Z_r(x_i,t)为t时刻第i个扣件处钢轨的垂向振动位移、为t时刻第i个扣件处钢轨的垂向振动速度、Z_s(x,t)为浮置板的垂向振动位移、为浮置板的垂向振动速度、Z_s(x_i,t)为t时刻第i个扣件处浮置板的垂向振动位移、为t时刻第i个扣件处浮置板的垂向振动速度、Z_s(x_j,t)为t时刻第j个磁流变隔振器处浮置板的垂向振动位移、为t时刻第j个磁流变隔振器处浮置板的垂向振动速度、F_rsi(t)为钢轨支点反力、F_ssj(t)为第j个隔振器支点力、N_p为一块板上钢轨扣件数量、N_f为一块板下隔振器数量、K_sj为第j个隔振器钢弹簧刚度、C_sj为第j个隔振器钢弹簧粘滞阻尼系数、F_c是常量的磁流变阻尼力、为符号函数，即当第j个磁流变隔振器处浮置板的垂向振动速度为正时，当第j个磁流变隔振器处浮置板的垂向振动速度为负时，

优选地，通过一移动时间窗模拟所述磁流变阻尼器的地棚半主动开关的响应滞后时间，所述移动时间窗的移动速率为时域积分步长，所述移动时间窗与浮置板轨道时域振动位移的交点分别为t_i时刻的位移S_i和t_j时刻的位移S_j，当时刻的位移大于所述位移阈值时，通过判断t_j时刻浮置板轨道的振动方向来调整t_j时刻的磁流变阻尼力。

优选地，所述t_j时刻浮置板轨道的振动方向通过公式得到，其中，S_j为t_j时刻的位移，S_i为t_i时刻的位移。

一种浮置板轨道磁流变阻尼控制装置，应用于浮置板轨道的减振降噪，所述浮置板轨道包括磁流变阻尼器和钢弹簧，所述磁流变阻尼器内置于所述钢弹簧，所述装置包括：

计算模块，用于依据车辆-磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道垂向耦合系统动力学模型获得磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间的最佳值；

控制模块，用于通过磁流变阻尼器的地棚半主动开关控制磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间调整至最佳值。

优选地，所述磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间的最佳值由所述车辆-磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道垂向耦合系统动力学模型的垂向振动位移和支点反力符合预定条件时获得。

优选地，所述装置还包括创建模块，用于创建车辆-磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道垂向耦合系统动力学模型，所述模型包括公式其中：

$F_{ssj}\left(t\right)=K_{sj}{Z}_s(x_j,t)+C_{sj}{\stackrel{\·}{Z}}_s\left(x_{j,}t\right)+F_c\mathrm{sgn}\[{\stackrel{\·}{Z}}_s\left(x_{j,}t\right)\]$

x为浮置板沿长度方向的坐标值、t为浮置板垂向振动的时间变量、i为钢轨扣件编号、j为磁流变隔振器编号、x_i为浮置板上第i个钢轨扣件的坐标位置、x_j为浮置板下第j个磁流变隔振器的坐标位置、δ为Dirac函数、E_s为轨道板弹性模量、I_s为截面极惯性矩、M_s为轨道板质量、L_s为轨道板长度、K_pi为第i个钢轨扣件刚度、C_pi为第i个钢轨扣件粘滞阻尼系数、Z_r(x_i,t)为t时刻第i个扣件处钢轨的垂向振动位移、为t时刻第i个扣件处钢轨的垂向振动速度、Z_s(x,t)为浮置板的垂向振动位移、为浮置板的垂向振动速度、Z_s(x_i,t)为t时刻第i个扣件处浮置板的垂向振动位移、为t时刻第i个扣件处浮置板的垂向振动速度、Z_s(x_j,t)为t时刻第j个磁流变隔振器处浮置板的垂向振动位移、为t时刻第j个磁流变隔振器处浮置板的垂向振动速度、F_rsi(t)为钢轨支点反力、F_ssj(t)为第j个隔振器支点力、N_p为一块板上钢轨扣件数量、N_f为一块板下隔振器数量、K_sj为第j个隔振器钢弹簧刚度、C_sj为第j个隔振器钢弹簧粘滞阻尼系数、F_c是常量的磁流变阻尼力、为符号函数，即当第j个磁流变隔振器处浮置板的垂向振动速度为正时，当第j个磁流变隔振器处浮置板的垂向振动速度为负时，

优选地，所述装置还包括模拟模块，用于通过一移动时间窗模拟所述磁流变阻尼器的地棚半主动开关的响应滞后时间，所述移动时间窗的移动速率为时域积分步长，所述移动时间窗与浮置板轨道时域振动位移的交点分别为t_i时刻的位移S_i和t_j时刻的位移S_j，当时刻的位移大于所述位移阈值时，通过判断t_j时刻浮置板轨道的振动方向来调整t_j时刻的磁流变阻尼力。

优选地，所述t_j时刻浮置板轨道的振动方向通过公式得到，其中，S_j为t_j时刻的位移，S_i为t_i时刻的位移。

本发明的有益效果：

本发明实施例提供的浮置板轨道磁流变阻尼控制方法及装置，所述浮置板轨道磁流变阻尼控制方法包括：依据车辆-磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道垂向耦合系统动力学模型获得磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间的最佳值；通过磁流变阻尼器的地棚半主动开关控制磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间调整至最佳值。本发明实施例提供的浮置板轨道磁流变阻尼控制方法及装置将磁流变阻尼器引入传统的浮置板轨道中，从轮轨安全性和减振性两个方面分析得到磁流变阻尼器的半主动控制方法及其关键参数，通过调整磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间等参数的值控制磁流变阻尼器，有效抑制浮置板轨道固有频率附近的振动放大现象，同时显著减小浮置板轨道最大垂向振动位移，提高轮轨安全性，允许进一步降低浮置板轨道的支撑刚度，进而进一步地提高浮置板轨道的隔振效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例提供的浮置板轨道磁流变阻尼控制方法及装置应用的钢弹簧浮置板轨道的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的浮置板轨道磁流变阻尼控制方法的流程图。

图3是车辆-磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道垂向耦合系统动力学模型的示意图。

图4是磁流变阻尼力在各个取值下钢轨的垂向振动位移时程曲线图。

图5是磁流变阻尼力在各个取值下浮置板的垂向振动位移时程曲线图。

图6是磁流变阻尼力在各个取值下浮置板支点反力的1/3倍频有效值。

图7是不同位移阈值情况下钢轨垂向振动位移的时程曲线。

图8是不同位移阈值情况下浮置板垂向振动位移的时程曲线。

图9是不同位移阈值情况下浮置板支点反力的1/3倍频有效值。

图10是不同响应滞后时间下钢轨垂向振动位移时程曲线。

图11是不同响应滞后时间下浮置板垂向振动位移时程曲线。

图12是不同响应时滞时间下浮置板支点反力的1/3倍频有效值。

图13是移动时间窗的示意图。

图14是本发明实施例提供的浮置板轨道磁流变阻尼控制装置的组成示意图。

主要元件符号说明：钢弹簧110、励磁线圈120、磁流变材料130、创建模块201、计算模块202、模拟模块203、控制模块204。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

本发明实施例提供的浮置板轨道磁流变阻尼控制方法及装置应用于钢弹簧浮置板轨道的减振和降噪，传统的钢弹簧浮置板轨道是把浮置板置于与地基相连的钢弹簧隔振器上，其中，钢弹簧隔振器主要由螺旋钢弹簧和粘滞阻尼两部分组成。本实施例提供的浮置板轨道磁流变阻尼控制方法及装置应用的钢弹簧浮置板轨道与普通的钢弹簧浮置板轨道不同，本实施例提供的浮置板轨道磁流变阻尼控制方法及装置应用的钢弹簧浮置板轨道改变了普通钢弹簧浮置板轨道的粘滞阻尼，将粘滞阻尼替换为磁流变阻尼器，故而，本实施例提供的浮置板轨道磁流变阻尼控制方法及装置应用的钢弹簧浮置板轨道主要包括钢弹簧110和磁流变阻尼器，其大致结构请如图1所示。磁流变阻尼器内置于钢弹簧，磁流变阻尼器包括励磁线圈120和磁流变材料130，通过向励磁线圈120输入不同的电流，会得到不同大小的磁场，不同磁场下磁流变材料130会在液态与类固态之间连续变化产生不同大小的磁流变阻尼力，电流值的大小与磁流变阻尼力的大小一一对应，在实际应用中，只需根据具体情况，通过提供合适的磁流变阻尼力，可以有效地减少浮置板轨道额垂向振动位移。在需要提供合适的磁流变阻尼力时，输入对应的电流值调节磁流变阻尼器的磁流变阻尼力即可，同时需要调节磁流变阻尼器的响应滞后时间和触发位移条件，下面将对本发明实施例提供的浮置板轨道磁流变阻尼控制方法及装置做具体说明。

请参照图2，是本发明实施例提供的浮置板轨道磁流变阻尼控制方法的流程图。下面将对所述方法中各步骤做详细介绍。

步骤S101：创建车辆-磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道垂向耦合系统动力学模型。

为了实现对磁流变阻尼器的控制，需要先创建车辆-磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道垂向耦合系统动力学模型，与传统的车辆-浮置板轨道垂向耦合系统动力学模型相比，在浮置板自由梁模型基础上增加了磁流变阻尼力的库伦干摩擦元件，车辆-磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道垂向耦合系统动力学模型如图3所示。故而，轨道板的自由梁垂向振动方程为：

$E_s{I}_s\frac{{\∂}^4{Z}_s(x,t)}{\∂x^4}+\frac{M_s}{L_s}\frac{{\∂}^2{Z}_s(x,t)}{\∂t^2}={\Σ}_{i=1}^{N_p}{F}_{rsi}\left(t\right)\mathrm{\δ}(x-x_i)-{\Σ}_{j=1}^{N_f}{F}_{ssj}\left(t\right)\mathrm{\δ}(x-x_j)$ 其中：

$F_{ssj}\left(t\right)=K_{sj}{Z}_s(x_j,t)+C_{sj}{\stackrel{\·}{Z}}_s\left(x_{j,}t\right)+F_c\mathrm{sgn}\[{\stackrel{\·}{Z}}_s\left(x_{j,}t\right)\]$

x为浮置板沿长度方向的坐标值、t为浮置板垂向振动的时间变量、i为钢轨扣件编号、j为磁流变隔振器编号、x_i为浮置板上第i个钢轨扣件的坐标位置、x_j为浮置板下第j个磁流变隔振器的坐标位置、δ为Dirac函数、E_s为轨道板弹性模量、I_s为截面极惯性矩、M_s为轨道板质量、L_s为轨道板长度、K_pi为第i个钢轨扣件刚度、C_pi为第i个钢轨扣件粘滞阻尼系数、Z_r(x_i,t)为t时刻第i个扣件处钢轨的垂向振动位移、为t时刻第i个扣件处钢轨的垂向振动速度、Z_s(x,t)为浮置板的垂向振动位移、为浮置板的垂向振动速度、Z_s(x_i,t)为t时刻第i个扣件处浮置板的垂向振动位移、为t时刻第i个扣件处浮置板的垂向振动速度、Z_s(x_j,t)为t时刻第j个磁流变隔振器处浮置板的垂向振动位移、为t时刻第j个磁流变隔振器处浮置板的垂向振动速度、F_rsi(t)为钢轨支点反力、F_ssj(t)为第j个隔振器支点力、N_p为一块板上钢轨扣件数量、N_f为一块板下隔振器数量、K_sj为第j个隔振器钢弹簧刚度、C_sj为第j个隔振器钢弹簧粘滞阻尼系数、F_c是常量的磁流变阻尼力、为符号函数，即当第j个磁流变隔振器处浮置板的垂向振动速度为正时，当第j个磁流变隔振器处浮置板的垂向振动速度为负时，

步骤S102，依据车辆-磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道垂向耦合系统动力学模型获得磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间的最佳值。

在《浮置板轨道技术规范》(GJJ/T191-2012)中规定，浮置板轨道中钢轨和浮置板的最大垂向振动位移分别不得高于4mm和3mm。因此，需要考虑磁流变阻尼力对轮轨安全性(不得超过最大垂向振动位移)和轨道减震性的影响。此外，由于磁流变阻尼属于强非线性的阻尼材料，需要配合使用合适的半主动控制策略，由于轮轨耦合振动系统具有较强的非线性与随机性，需要采用简单且实用的半主动控制策略——地棚半主动开-关(On-Off)控制策略，并结合浮置板时域垂向振动位移与磁流变阻尼器的控制参数(主要包括磁流变阻尼器的位移阈值与磁流变阻尼器的响应滞后时间)来综合考虑对轮轨安全性(不得超过最大垂向振动位移)和轨道减震性的影响。综上，需要考虑磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间三个参数对轮轨安全性和减振性的影响，对于轮轨安全性，主要从钢轨和浮置板的垂向振动位移的大小作为参考，对于轮轨减振性，主要从浮置板的支点反力的大小作为参考。钢轨和浮置板的垂向振动位移以及浮置板的支点反力可以通过公式结合车辆-磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道垂向耦合系统动力学模型中其他方程进行求解得到。

对于列车不同的运行速度，各参数的最佳值会有相应的改变，比如在列车运行速度为60km/h的时候：

磁流变阻尼力对轮轨安全性的影响：

当磁流变阻尼力分别为0kN、6kN、12kN时，钢轨的垂向振动位移时程曲线如图4所示。浮置板的垂向振动位移时程曲线如图5所示。在钢弹簧刚度和粘滞阻尼系数保持不变的情况下，磁流变阻尼力能显著降低列车运行时钢轨和浮置板的最大垂向振动位移。相比于无控制工况，当磁流变阻尼力由0kN增加到12kN时，钢轨和浮置板的最大垂向振动位移最大值分别降低了24.9％、30.0％，但是此时钢轨最小垂向振动位移逐步向静平衡位置靠近甚至会出现“上拱”现象，从而容易影响列车和轨道的服役安全。因此，磁流变阻尼力不宜过大。

磁流变阻尼力对轮轨减振性的影响：

请参照图6，是当磁流变阻尼力分别为0kN、6kN、12kN时，浮置板支点反力的1/3倍频有效值。相比于无控制工况下且磁流变阻尼力为0的情况，在1Hz～20Hz范围内，浮置板支点反力随着磁流变阻尼力的增大普遍减小，且当磁流变阻尼力为6kN时，浮置板支点反力平均减小18.2％，当磁流变阻尼力为12kN时，浮置板支点反力平均减小38.4％。而在20Hz～128Hz范围内，磁流变阻尼力的大小对浮置板支点反力影响较小。由此可见，磁流变阻尼力的适当增大有利于浮置板轨道低频振动的隔离。

综上所述，在当前计算条件(列车运行速度为60km/h)下，综合考虑列车和轨道的安全，建议磁流变阻尼力取为6kN。

位移阈值对轮轨安全性的影响：

位移阈值是本发明实施例设置的磁流变阻尼器的触发位移值，该位移阈值是磁流变阻尼器活塞的位移阈值，即当磁流变阻尼器活塞的位移达到位移阈值时，磁流变阻尼器触发。请参照图7，是不同位移阈值情况下钢轨垂向振动位移的时程曲线。请参照图8，是不同位移阈值情况下浮置板垂向振动位移的时程曲线。当位移阈值设为0.5mm(或1mm)时钢轨和浮置板垂向振动位移最大值基本不变，而不设置位移阈值会导致钢轨和浮置板在高频且低振幅的垂向振动过程中发生“高频震颤”，加剧了钢轨和浮置板的垂向振动位移。因此，为了有效控制浮置板和钢轨垂向振动，位移阈值需合理设置。

位移阈值对轮轨减振性的影响：

请参照图9，是不同位移阈值情况下浮置板支点反力的1/3倍频有效值。相比于无控制工况，不设位移阈值在1Hz～128Hz范围内会普遍提高浮置板支点反力1/3倍频有效值。而当位移阈值设为0.5mm时，浮置板支点反力与无控制工况相比会显著降低。当位移阈值由0.5mm提高到1mm时，浮置板支点反力在1Hz～128Hz范围内出现小幅度增大的趋势。由此可知，磁流变阻尼器设置位移阈值可以有效抑制地铁沿线的环境振动，同时位移阈值不宜过小。通过理论计算发现，磁流变阻尼器的位移阈值至少应大于浮置板最小竖向振动位移。在当前计算条件(列车运行速度为60km/h)下，建议位移阈值取0.5mm。

响应滞后时间对轮轨安全性的影响：

响应滞后时间是指磁流变阻尼器活塞的位移达到位移阈值时，磁流变阻尼力器从触发到出力之间的时滞时间。该时滞时间等于磁流变阻尼器采集数据的时间加上作出反应的时间。请参照图10，是不同响应滞后时间下钢轨垂向振动位移时程曲线。请参照图11，是不同响应滞后时间下浮置板垂向振动位移时程曲线。在此示例中，响应滞后时间从0.05s到0.25s，在其他计算参数保持一致的条件下，当响应时滞由0.05s提高到0.25s，钢轨和浮置板垂向振动位移最大值分别减小0.15mm、0.16mm。由此说明，在磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道中，响应时滞对轨道结构变形有一定的影响。

响应滞后时间对轮轨减振性的影响：

请参照图12，是不同响应时滞时间下浮置板支点反力的1/3倍频有效值。当不考虑响应滞后时间的时候，将严重恶化浮置板的减振效果，然而响应滞后时间过大的减振作用已不明显，因此建议依据具体运营条件选取合适的响应滞后时间。在当前计算条件(列车运行速度为60km/h)下，磁流变阻尼器的响应迟滞时间建议取0.15s。

由于时滞时间的存在，在数值计算中，需要对该时滞时间进行模拟，在本实施例中，为了模拟时滞时间，设计了一个移动时间窗，如图13所示。该移动时间窗的移动速率是时域积分步长Δt，在本实施例中，时域积分步长取10^-4s，所述移动时间窗与浮置板轨道时域振动位移的交点分别为t_i时刻的位移S_i和t_j时刻的位移S_j，当时刻的位移大于所述位移阈值时，通过判断t_j时刻浮置板轨道的振动方向来调整t_j时刻的磁流变阻尼力，t_j时刻浮置板轨道的振动方向通过公式得到，其中，S_j为t_j时刻的位移，S_i为t_i时刻的位移。通过移动时间窗的数值模拟，可有效地反映磁流变阻尼的响应滞后时间。

S103，通过磁流变阻尼器的地棚半主动开关控制磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间调整至最佳值。

得到磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间的最佳值后，通过地棚半主动开关根据当前的运营条件(列车的运行速度)控制磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间调整至最佳值，由于地棚半主动开关控制过程目前已经较为成熟，此处不再赘述。

本发明实施例提供的浮置板轨道磁流变阻尼控制方法，通过将磁流变阻尼器引入传统的浮置板轨道中，从轮轨安全性和减振性两个方面分析得到磁流变阻尼器的半主动控制方法及其关键参数，通过调整磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间等参数的值控制磁流变阻尼器，有效抑制浮置板轨道固有频率附近的振动放大现象，同时显著减小浮置板轨道最大垂向振动位移，提高轮轨安全性，允许进一步降低浮置板轨道的支撑刚度，进而进一步地提高浮置板轨道的隔振效率。

请参照图14，是本发明实施例提供的浮置板轨道磁流变阻尼控制装置的组成示意图。

本发明提供的浮置板轨道磁流变阻尼控制装置包括创建模块201、计算模块202及控制模块204。

所述创建模块201可用以执行步骤S101，创建模块201用于创建车辆-磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道垂向耦合系统动力学模型，所述模型包括公式：

$E_s{I}_s\frac{{\∂}^4{Z}_s(x,t)}{\∂x^4}+\frac{M_s}{L_s}\frac{{\∂}^2{Z}_s(x,t)}{\∂t^2}={\Σ}_{i=1}^{N_p}{F}_{rsi}\left(t\right)\mathrm{\δ}(x-x_i)-{\Σ}_{j=1}^{N_f}{F}_{ssj}\left(t\right)\mathrm{\δ}(x-x_j)$

其中：

$F_{ssj}\left(t\right)=K_{sj}{Z}_s(x_j,t)+C_{sj}{\stackrel{\·}{Z}}_s\left(x_{j,}t\right)+F_c\mathrm{sgn}\[{\stackrel{\·}{Z}}_s\left(x_{j,}t\right)\]$

x为浮置板沿长度方向的坐标值、t为浮置板垂向振动的时间变量、i为钢轨扣件编号、j为磁流变隔振器编号、x_i为浮置板上第i个钢轨扣件的坐标位置、x_j为浮置板下第j个磁流变隔振器的坐标位置、δ为Dirac函数、E_s为轨道板弹性模量、I_s为截面极惯性矩、M_s为轨道板质量、L_s为轨道板长度、K_pi为第i个钢轨扣件刚度、C_pi为第i个钢轨扣件粘滞阻尼系数、Z_r(x_i,t)为t时刻第i个扣件处钢轨的垂向振动位移、为t时刻第i个扣件处钢轨的垂向振动速度、Z_s(x,t)为浮置板的垂向振动位移、为浮置板的垂向振动速度、Z_s(x_i,t)为t时刻第i个扣件处浮置板的垂向振动位移、为t时刻第i个扣件处浮置板的垂向振动速度、Z_s(x_j,t)为t时刻第j个磁流变隔振器处浮置板的垂向振动位移、为t时刻第j个磁流变隔振器处浮置板的垂向振动速度、F_rsi(t)为钢轨支点反力、F_ssj(t)为第j个隔振器支点力、N_p为一块板上钢轨扣件数量、N_f为一块板下隔振器数量、K_sj为第j个隔振器钢弹簧刚度、C_sj为第j个隔振器钢弹簧粘滞阻尼系数、F_c是常量的磁流变阻尼力、为符号函数，即当第j个磁流变隔振器处浮置板的垂向振动速度为正时，当第j个磁流变隔振器处浮置板的垂向振动速度为负时，

所述计算模块202可用以执行步骤S102，用于依据车辆-磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道垂向耦合系统动力学模型获得磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间的最佳值。

所述模拟模块203用于通过一移动时间窗模拟所述磁流变阻尼器的地棚半主动开关的响应滞后时间，所述移动时间窗的移动速率为时域积分步长，所述移动时间窗与浮置板轨道时域振动位移的交点分别为t_i时刻的位移S_i和t_j时刻的位移S_j，当时刻的位移大于所述位移阈值时，通过判断t_j时刻浮置板轨道的振动方向来调整t_j时刻的磁流变阻尼力。

所述控制模块204可用于执行步骤S103，用于通过磁流变阻尼器的地棚半主动开关控制磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间调整至最佳值。

综上所述，本发明实施例提供的浮置板轨道磁流变阻尼控制方法及装置，针对设置有磁流变阻尼器的浮置板轨道，从轮轨安全性和减振性两个方面分析得到磁流变阻尼器的半主动控制方法及其关键参数，通过调整磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间等参数的值控制磁流变阻尼器，有效抑制浮置板轨道固有频率附近的振动放大现象，同时显著减小浮置板轨道最大垂向振动位移，提高轮轨安全性，允许进一步降低浮置板轨道的支撑刚度，进而进一步地提高浮置板轨道的隔振效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (10)

1.一种浮置板轨道磁流变阻尼控制方法，其特征在于，用于浮置板轨道的减振降噪，所述浮置板轨道包括磁流变阻尼器和钢弹簧，所述磁流变阻尼器内置于所述钢弹簧，所述方法包括：

依据车辆-磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道垂向耦合系统动力学模型获得磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间的最佳值；

通过磁流变阻尼器的地棚半主动开关控制磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间调整至最佳值。

2.根据权利要求1所述的浮置板轨道磁流变阻尼控制方法，其特征在于，所述磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间的最佳值由所述车辆-磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道垂向耦合系统动力学模型中钢轨与浮置板的垂向振动位移和浮置板的支点反力符合预定条件时获得。

3.根据权利要求1所述的浮置板轨道磁流变阻尼控制方法，其特征在于，所述依据车辆-磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道垂向耦合系统动力学模型获得磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间的最佳值的步骤之前还包括步骤：创建车辆-磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道垂向耦合系统动力学模型，所述模型包括公式其中：

$F_{ssj}\left(t\right)=K_{sj}{Z}_s(x_j,t)+C_{sj}{\stackrel{\·}{Z}}_s(x_j,t)+F_c\mathrm{sgn}\[{\stackrel{\·}{Z}}_s(x_j,t)\]$

x为浮置板沿长度方向的坐标值、t为浮置板垂向振动的时间变量、i为钢轨扣件编号、j为磁流变隔振器编号、x_i为浮置板上第i个钢轨扣件的坐标位置、x_j为浮置板下第j个磁流变隔振器的坐标位置、δ为Dirac函数、E_s为轨道板弹性模量、I_s为截面极惯性矩、M_s为轨道板质量、L_s为轨道板长度、K_pi为第i个钢轨扣件刚度、C_pi为第i个钢轨扣件粘滞阻尼系数、Z_r(x_i,t)为t时刻第i个扣件处钢轨的垂向振动位移、为t时刻第i个扣件处钢轨的垂向振动速度、Z_s(x,t)为浮置板的垂向振动位移、为浮置板的垂向振动速度、Z_s(x_i,t)为t时刻第i个扣件处浮置板的垂向振动位移、为t时刻第i个扣件处浮置板的垂向振动速度、Z_s(x_j,t)为t时刻第j个磁流变隔振器处浮置板的垂向振动位移、为t时刻第j个磁流变隔振器处浮置板的垂向振动速度、F_rsi(t)为钢轨支点反力、F_ssj(t)为第j个隔振器支点力、N_p为一块板上钢轨扣件数量、N_f为一块板下隔振器数量、K_sj为第j个隔振器钢弹簧刚度、C_sj为第j个隔振器钢弹簧粘滞阻尼系数、F_c是常量的磁流变阻尼力、为符号函数，即当第j个磁流变隔振器处浮置板的垂向振动速度为正时，当第j个磁流变隔振器处浮置板的垂向振动速度为负时，

4.根据权利要求1所述的浮置板轨道磁流变阻尼控制方法，其特征在于，通过一移动时间窗模拟所述磁流变阻尼器的地棚半主动开关的响应滞后时间，所述移动时间窗的移动速率为时域积分步长，所述移动时间窗与浮置板轨道时域振动位移的交点分别为t_i时刻的位移S_i和t_j时刻的位移S_j，当时刻的位移大于所述位移阈值时，通过判断t_j时刻浮置板轨道的振动方向来调整t_j时刻的磁流变阻尼力。

5.根据权利要求4所述的浮置板轨道磁流变阻尼控制方法，其特征在于，所述t_j时刻浮置板轨道的振动方向通过公式得到，其中，S_j为t_j时刻的位移，S_i为t_i时刻的位移。

6.一种浮置板轨道磁流变阻尼控制装置，其特征在于，应用于浮置板轨道的减振降噪，所述浮置板轨道包括磁流变阻尼器和钢弹簧，所述磁流变阻尼器内置于所述钢弹簧，所述装置包括：

计算模块，用于依据车辆-磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道垂向耦合系统动力学模型获得磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间的最佳值；

控制模块，用于通过磁流变阻尼器的地棚半主动开关控制磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间调整至最佳值。

7.根据权利要求6所述的浮置板轨道磁流变阻尼控制装置，其特征在于，所述磁流变阻尼器的磁流变阻尼力、位移阈值、响应滞后时间的最佳值由所述车辆-磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道垂向耦合系统动力学模型的垂向振动位移和支点反力符合预定条件时获得。

8.根据权利要求6所述的浮置板轨道磁流变阻尼控制装置，其特征在于，所述装置还包括创建模块，用于创建车辆-磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道垂向耦合系统动力学模型，所述模型包括公式其中：

$F_{ssj}\left(t\right)=K_{sj}{Z}_s(x_j,t)+C_{sj}{\stackrel{\·}{Z}}_s(x_j,t)+F_c\mathrm{sgn}\[{\stackrel{\·}{Z}}_s(x_j,t)\]$

x为浮置板沿长度方向的坐标值、t为浮置板垂向振动的时间变量、i为钢轨扣件编号、j为磁流变隔振器编号、x_i为浮置板上第i个钢轨扣件的坐标位置、x_j为浮置板下第j个磁流变隔振器的坐标位置、δ为Dirac函数、E_s为轨道板弹性模量、I_s为截面极惯性矩、M_s为轨道板质量、L_s为轨道板长度、K_pi为第i个钢轨扣件刚度、C_pi为第i个钢轨扣件粘滞阻尼系数、Z_r(x_i,t)为t时刻第i个扣件处钢轨的垂向振动位移、为t时刻第i个扣件处钢轨的垂向振动速度、Z_s(x,t)为浮置板的垂向振动位移、为浮置板的垂向振动速度、Z_s(x_i,t)为t时刻第i个扣件处浮置板的垂向振动位移、为t时刻第i个扣件处浮置板的垂向振动速度、Z_s(x_j,t)为t时刻第j个磁流变隔振器处浮置板的垂向振动位移、为t时刻第j个磁流变隔振器处浮置板的垂向振动速度、F_rsi(t)为钢轨支点反力、F_ssj(t)为第j个隔振器支点力、N_p为一块板上钢轨扣件数量、N_f为一块板下隔振器数量、K_sj为第j个隔振器钢弹簧刚度、C_sj为第j个隔振器钢弹簧粘滞阻尼系数、F_c是常量的磁流变阻尼力、为符号函数，即当第j个磁流变隔振器处浮置板的垂向振动速度为正时，当第j个磁流变隔振器处浮置板的垂向振动速度为负时，

9.根据权利要求6所述的浮置板轨道磁流变阻尼控制装置，其特征在于，所述装置还包括模拟模块，用于通过一移动时间窗模拟所述磁流变阻尼器的地棚半主动开关的响应滞后时间，所述移动时间窗的移动速率为时域积分步长，所述移动时间窗与浮置板轨道时域振动位移的交点分别为t_i时刻的位移S_i和t_j时刻的位移S_j，当时刻的位移大于所述位移阈值时，通过判断t_j时刻浮置板轨道的振动方向来调整t_j时刻的磁流变阻尼力。

10.根据权利要求9所述的浮置板轨道磁流变阻尼控制装置，其特征在于，所述t_j时刻浮置板轨道的振动方向通过公式得到，其中，S_j为t_j时刻的位移，S_i为t_i时刻的位移。