CN114738423A - 抗蛇行减振器、抗蛇行减振系统及其控制方法和轨道车辆 - Google Patents

抗蛇行减振器、抗蛇行减振系统及其控制方法和轨道车辆 Download PDF

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韩旭
王旭
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Abstract

本发明公开了一种抗蛇行减振器、抗蛇行减振系统及其控制方法和轨道车辆，该抗蛇行减振器，包括液压缸，所述液压缸包括缸体和活塞，所述活塞可滑动地设置于所述缸体，且将所述缸体的内腔分隔为有杆腔和无杆腔，所述活塞的头部内设有自所述无杆腔至所述有杆腔单向导通的油路；所述缸体外在所述有杆腔和所述无杆腔之间设有三条并联的支油路，其中，第一支油路上设有第一开关阀和阻尼阀，第二支油路上设有电磁比例阀，第三支油路上设有第二开关阀；还包括用于向所述无杆腔补油的储油箱。该抗蛇行减振器的工作模式包括半主动控制模式、被动模式及小阻尼模式，能够根据车辆运行模式的不同切换不同的工作模式，提高车辆对不同踏面的适应性。

Description

抗蛇行减振器、抗蛇行减振系统及其控制方法和轨道车辆
技术领域
本发明涉及轨道车辆技术领域，特别是涉及一种抗蛇行减振器、抗蛇行减振系统及其控制方法和轨道车辆。
背景技术
抗蛇行减振器是影响轨道车辆运行稳定性的关键部件之一，轨道车辆在不同状态下运行时，对减振器的参数需求不同，特别是随着轨道车辆跨线、跨国、跨地区运行的情况越来越多，对减振器的参数需求也越来越多样化，有鉴于此，如何设计出一种轨道车辆用抗蛇行减振系统，以适应车辆运行的不同状态成为本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗蛇行减振器、抗蛇行减振系统及其控制方法和轨道车辆，通过结构设置使得抗蛇行减振器的工作模式包括半主动控制模式、被动模式及小阻尼模式，能够根据车辆运行模式的不同切换不同的工作模式，提高车辆对不同踏面的适应性。
为解决上述技术问题，本发明提供一种抗蛇行减振器，包括液压缸，所述液压缸包括缸体和活塞，所述活塞可滑动地设置于所述缸体，且将所述缸体的内腔分隔为有杆腔和无杆腔，所述活塞的头部内设有自所述无杆腔至所述有杆腔单向导通的油路；
所述缸体外在所述有杆腔和所述无杆腔之间设有三条并联的支油路，其中，第一支油路上设有第一开关阀和阻尼阀，第二支油路上设有电磁比例阀，第三支油路上设有第二开关阀；
还包括用于向所述无杆腔补油的储油箱。
如上所述的抗蛇行减振器，所述无杆腔连接有第一主油路，所述第一支油路和所述第二支油路均与所述第一主油路连接，所述储油箱的出油口与所述第一主油路连接，所述第一主油路上设有向所述无杆腔方向单向导通的单向阀。
如上所述的抗蛇行减振器，所述无杆腔连接有第二主油路，所述第三支油路与所述第二主油路连接，所述第二主油路与所述储油箱之间还连接有分油路，所述分油路上设有第三开关阀。
如上所述的抗蛇行减振器，所述第一支油路上的所述阻尼阀还并联有卸荷阀。
本发明还提供一种轨道车辆的抗蛇行减振系统，包括控制器和至少一个抗蛇行减振器，所述抗蛇行减振器为上述任一项所述的抗蛇行减振器，所述抗蛇行减振器用于安装在车体和转向架之间；所述控制器与所述抗蛇行减振器通信连接，以控制各所述支油路的工作状态。
如上所述的抗蛇行减振系统，还包括驱动器、第一检测模块和第二检测模块，三者均与所述控制器通信连接；所述第一检测模块安装在所述抗蛇行减振器上，用于检测所述抗蛇行减振器的工作信息，所述第二检测模块安装在轨道车辆上，用于检测所述轨道车辆的运行信息；所述控制器用于根据所述第一检测模块和所述第二检测模块的检测信息生成驱动信号，以供所述驱动器控制所述抗蛇行减振器动作。
如上所述的抗蛇行减振系统，所述第一检测模块包括压力传感器；所述第二检测模块包括加速度传感器和陀螺仪，所述加速度传感器安装于转向架，所述陀螺仪安装于车体。
本发明还提供一种抗蛇行减振系统的控制方法，所述抗蛇行减振系统为上述任一项所述的抗蛇行减振系统，所述控制方法包括：
轨道车辆直线运行时，所述控制器控制所述抗蛇行减振器切换至半主动模式，处于所述半主动模式，所述第一开关阀和所述第二开关阀关闭，通过所述第二支油路上的所述电磁比例阀调节所述抗蛇行减振器的阻尼力；
轨道车辆曲线运行时，所述控制器控制所述抗蛇行减振器切换至小阻尼模式，处于所述小阻尼模式，所述第一开关阀打开，所述第二开关阀关闭，所述抗蛇行减振器的阻尼力降低至最小值；
所述抗蛇行减振系统发生故障时，所述控制器控制所述抗蛇行减振器切换至被动模式，处于所述被动模式，所述第一开关阀打开，所述第二开关阀关闭，通过所述卸荷阀调节所述抗蛇行减振器的阻尼力。
如上所述的控制方法，通过获取所述轨道车辆的运行参数确定所述车辆的运行线路的曲线半径，若所述曲线半径大于设定值，则判定所述轨道车辆处于直线运行状态，所述曲线半径小于所述设定值，则判定所述轨道车辆处于曲线运行状态。
本发明还提供一种轨道车辆，包括上述任一项所述的抗蛇行减振器，或者，包括上述任一项所述的抗蛇行减振系统。
本发明对轨道车辆的抗蛇行减振器进行了结构优化，通过其各支油路的导通情况可以切换抗蛇行减振器的工作模式，使其具有半主动模式、小阻尼模式和被动模式三者工作模式，从而可以根据轨道车辆的实际运行情况来选择合适的工作模式，具体来说，车辆直线运行时采用半主动模式，以根据运营里程的不同，实时调节卸荷参数，以延长镟修周期，降低运营成本，车辆曲线运行时采用小阻尼模式，可降低车辆回转刚度，提高车辆的曲线通过速度，降低轮轨磨耗，在系统出现故障时切换至被动模式，以保证车辆的正常运行。
附图说明
图1为本发明所提供一种实施例中抗蛇行减振系统的结构示意图；
图2为本发明所提供一种实施例中抗蛇行减振器处于半主动模式的结构示意图；
图3为本发明所提供一种实施例中抗蛇行减振器处于小阻尼模式的结构示意图；
图4为本发明所提供一种实施例中抗蛇行减振器处于被动模式的结构示意图。
附图标记说明：
抗蛇行减振器10，控制器20，驱动器30，加速度传感器40，陀螺仪50；
缸体11，活塞12，第一单向阀13；
第一支油路a1，第一开关阀21，卸荷阀22，阻尼阀23；
第二支油路a2，电磁比例阀31；
第三支油路a3，第二开关阀41；
第一主油路b1，第二单向阀51，储油箱52；
第二主油路b2，第三主油路b3；
分油路c1，第三开关阀61；
压力传感器70。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
为描述简洁和方便理解，下文结合抗蛇行减振器、抗蛇行减振系统及其控制方法和轨道车辆一并说明，有益效果部分不再重复论述。
请参考图1，图1为本发明所提供一种实施例中抗蛇行减振系统的结构示意图。
轨道车辆都设有抗蛇行减振器10，因轨道车辆具有不同的运行状态，所以对抗蛇行减振器10的参数要求也不同，为了很好地适应轨道车辆的不同运行状态，本实施例提供的抗蛇行减振器10能够随之调节工作模式，相应地，在轨道车辆上设置有抗蛇行减振系统，以根据轨道车辆的运行参数来切换抗蛇行减振器10的工作模式。
本实施例中，抗蛇行减振系统包括抗蛇行减振器10，通常，在车体前端和后端的转向架上均安装有抗蛇行减振器10，具体来说，抗蛇行减振器10连接在车体和转向架之间；沿车体的宽度方向，转向架的两侧均安装有抗蛇行减振器10，图1示例性地示出了一个车体上安装有四个抗蛇行减振器10的结构，实际应用中，转向架的每侧也可以安装两个抗蛇行减振器10，这样，一个车体上安装有八个抗蛇行减振器10。具体应用时根据需要设置即可。
抗蛇行减振系统还包括控制器20，控制器20与各抗蛇行减振器10通信连接，以便于控制抗蛇行减振器10的工作模式。
进一步，抗蛇行减振系统还包括驱动器30，驱动器30与控制器20通信，控制器20用于生成驱动信号，以供驱动器30控制抗蛇行减振器10动作，从而切换工作状态。
具体的，控制器20根据轨道车辆的运行信息和抗蛇行减振器10的工作信息来生成驱动信号。
为获取轨道车辆的运行信息，该抗蛇行减振系统包括第一检测模块和第二检测模块，显然，控制器20也与第一检测模块、第二检测模块通信连接；其中，第一检测模块安装在抗蛇行减振器10上，用于检测抗蛇行减振器10的工作信息，第二检测模块安装在轨道车辆上，用于检测轨道车辆的运行信息，控制器20可以与轨道车辆的整车控制系统通信，以获取车速信息。
具体的，控制器20根据获取的车辆运行信息可以确定轨道车辆当前运行的轨道曲线半径，以判断车辆是处于直线运行还是曲线运行，从而来生成控制抗蛇行减振器10的工作模式。控制器20还根据车辆运行信息和第一检测模块的信息来调节当前工作模式下抗蛇行减振器10，以使其满足当前运行状态下车辆所需的阻尼力。
第二检测模块包括加速度传感器40和陀螺仪50，如图1所示，加速度传感器40设有若干，图示示例中，车体的前转向架和后转向架上均安装有两个加速度传感器40，同一转向架的两个加速度传感器器40安装在对角位置，通过加速度传感器40的检测信号可以获取车辆的偏航角加速度。
陀螺仪50安装在车体上，用于测量车体的角速度，控制器20根据车速信息、陀螺仪50的测量数据和加速度传感器40的测量数据可以计算出车辆运行的轨道曲线半径，其计算公式为业内已知公式，此处不赘述。当然，获取轨道曲线半径的方式有多种，根据不同的计算公式需要获取的不同信息，可以设置相应的检测元件来检测相应的车辆运行参数。
本实施例中，抗蛇行减振器10通过结构设计(下文将详细介绍)具有三种工作模式：半主动模式、小阻尼模式和被动模式。
基于前述抗蛇行减振系统，本实施例还提供一种抗蛇行减振系统的控制方法，具体包括：在轨道车辆直线运行时，控制器20生成第一驱动信号，并传递至驱动器30，驱动器30根据接收的第一驱动信号使抗蛇行减振器10动作以切换至半主动模式；在轨道车辆直线运行时，控制器20生成第二驱动信号，并传递至驱动器30，驱动器30根据接收的第二驱动信号使抗蛇行减振器10动作以切换至小阻尼模式；在系统发生故障，比如说陀螺仪50损坏或者加速度传感器40损坏时，驱动器30可控制抗蛇行减振器10动作以切换至被动模式，以确保车辆的正常运行。
下面请参考图2至图4，说明本实施例提供的抗蛇行减振器10的具体结构及各工作模式。
该抗蛇行减振器10包括液压缸，液压缸包括缸体11和活塞12，活塞12可滑动地设置于缸体11内，并将缸体11的内腔分隔为有杆腔和无杆腔，以图中所示方位，缸体11的左腔为有杆腔，右腔为无杆腔；活塞12的头部内还设有自无杆腔至有杆腔单向导通的第一单向阀13。
安装时，可将液压缸的缸体11与转向架连接，活塞12的杆部与车体连接，也可将缸体11与车体连接，活塞12的杆部与转向架连接。
该抗蛇行减振器10在缸体11外还设有连接在有杆腔和无杆腔之间的三条并联的支油路，为方便描述，下文将三条支油路称之为第一支油路a1、第二支油路a2和第三支油路a3。
如图所示，第一支油路a1上设有第一开关阀21和卸荷阀22，其中，在设置初始，卸荷阀22的相关参数就已根据车型等对抗蛇行减振器10的要求设置好，当然，后续若有需要，该卸荷阀22的相关结构可以替换或者调整；第二支油路a2上设有电磁比例阀31，该电磁比例阀31的开启压力可根据实际应用需求来设定，通常来说其开启压力大于卸荷阀22的开启压力；第三支油路a3上设有第二开关阀41。
该抗蛇行减振器10还包括用于向无杆腔补油的储油箱52。
具体的，为简化油路设置，缸体11的无杆腔连接有两条主油路，此处称之为第一主油路b1和第二主油路b2；前述第一支油路a1和第二支油路a2均与第一主油路b1连接，储油箱52也与第一主油路b1连接，储油箱52与无杆腔之间的第一主油路b1上还设有向无杆腔方向单向导通的第二单向阀51，该第二单向阀51的设置可避免无杆腔内的油液倒流回储油箱52；前述第三支油路a3与第二主油路b2连接。
缸体11的有杆腔连接有第三主油路b3，前述第一支油路a1、第二支油路a2和第三支油路a3均与第三主油路b3连接，以简化油路设置。
进一步的，第二主油路b2还通过分油路c1与储油箱52连接，并在分油路c1上设有第三开关阀61。
进一步的，第一支油路a1上的卸荷阀22还并联有阻尼阀23。
如上设置后，参考图2，该图所示为抗蛇行减振器10处于半主动模式下的结构示意。
如图2所示，在半主动模式下，关闭第一开关阀21、第二开关阀41和第三开关阀61；此时，当液压缸的活塞12的杆部伸出时，以图中所示方向，即活塞12向左侧方向即向有杆腔方向移动时，液压油从缸体11的有杆腔流出，经第三主油路b3、第二支油路a2的电磁比例阀31和第一主油路b1的第二单向阀51流入缸体11的无杆腔，同时，储油箱52可经第一主油路b1向无杆腔补油，系统的阻尼力由电磁比例阀31调节；当液压缸的活塞12的杆部缩回时，即活塞12向右侧方向即向无杆腔方向移动时，第一主油路b1的第二单向阀51处于关闭状态，无杆腔的液压油经第一单向阀13流向有杆腔，再经第三主油路b3、第二支油路a2流入储油箱52，系统的阻尼力由电磁比例阀31调节。
在该实施例中，前述安装在抗蛇行减振器10上的第一检测模块具体为压力传感器70，用于获取抗蛇行减振器10的油液压力，控制器20根据压力传感器70和前述加速度传感器40的检测信息，通过预先存储的算法可计算出当前所需的阻尼力，从而对电磁比例阀31进行控制。这里获取阻尼力的算法也为业内的已知算法，具体根据实际需求来选择，具体的算法并非本案的核心。
轨道车辆直线运行时，抗蛇行减振器10处于上述半主动模式，可根据运营里程的不同，实时调节卸荷力、卸荷速度等参数，以延长镟修周期，降低运营成本。
如图3所示，在小阻尼模式下，关闭第一开关阀21，打开第二开关阀41和第三开关阀61；此时，当液压缸的活塞12的杆部伸出时，以图示所示方向，即活塞12向左侧方向即向有杆腔方向移动时，液压油从缸体11的有杆腔流出，经第三主油路b3、第三支油路a3的第二开关阀41和第二主油路b2流入缸体11的无杆腔，同时，储油箱52可经第一主油路b1向无杆腔补油，抗蛇行减振器10的阻尼力降低到最小；当液压缸的活塞12的杆部缩回时，即活塞12向右侧方向即向无杆腔方向移动时，第一主油路b1的第二单向阀51处于关闭状态，无杆腔的液压油经第一单向阀13流向有杆腔，再经第三主油路b3、第三支油路a3和第二主油路b2流入有杆腔，多余的油液可经分油路c1流入储油箱52。
轨道车辆曲线运行时，抗蛇行减振器10处于上述小阻尼模式，可降低车辆回转刚度，提高车辆的曲线通过速度，降低轮轨磨耗。
如图4所示，在被动模式下，打开第一开关阀21，关闭第二开关阀41和第三开关阀61；此时，当液压缸的活塞12的杆部伸出时，以图中所示方向，即活塞12向左侧方向即向有杆腔方向移动时，液压油从缸体11的有杆腔流出，经第三主油路b3、第一支油路a1的阻尼阀23和第一主油路b1流入无杆腔，在压力增大的卸荷阀22的设定值时，可通过卸荷阀22进行卸荷，系统的阻尼力由阻尼阀23和卸荷阀22一起调节，同时，储油箱52可经第一主油路b1向无杆腔补油；当液压缸的活塞12的杆部缩回时，即活塞12向右侧方向即向无杆腔方向移动时，第一主油路b1的第二单向阀51处于关闭状态，无杆腔的液压油经第一单向阀13流向有杆腔，再经第三主油路b3、第一支油路a1流入储油箱52，系统的阻尼力由阻尼阀23和卸荷阀22一起调节。
轨道车辆的抗蛇行减振系统出现故障时，比如说前述陀螺仪50或加速度传感器50损坏时，系统可切换至上述被动模式，以保证轨道车辆的正常运行。
以上对本发明所提供的抗蛇行减振器、抗蛇行减振系统及其控制方法和轨道车辆均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.抗蛇行减振器，其特征在于，包括液压缸，所述液压缸包括缸体和活塞，所述活塞可滑动地设置于所述缸体，且将所述缸体的内腔分隔为有杆腔和无杆腔，所述活塞的头部内设有自所述无杆腔至所述有杆腔单向导通的油路；
所述缸体外在所述有杆腔和所述无杆腔之间设有三条并联的支油路，其中，第一支油路上设有第一开关阀和阻尼阀，第二支油路上设有电磁比例阀，第三支油路上设有第二开关阀；
还包括用于向所述无杆腔补油的储油箱。
2.根据权利要求1所述的抗蛇行减振器，其特征在于，所述无杆腔连接有第一主油路，所述第一支油路和所述第二支油路均与所述第一主油路连接，所述储油箱的出油口与所述第一主油路连接，所述第一主油路上设有向所述无杆腔方向单向导通的单向阀。
3.根据权利要求1或2所述的抗蛇行减振器，其特征在于，所述无杆腔连接有第二主油路，所述第三支油路与所述第二主油路连接，所述第二主油路与所述储油箱之间还连接有分油路，所述分油路上设有第三开关阀。
4.根据权利要求3所述的抗蛇行减振器，其特征在于，所述第一支油路上的所述阻尼阀还并联有卸荷阀。
5.轨道车辆的抗蛇行减振系统，包括控制器和至少一个抗蛇行减振器，其特征在于，所述抗蛇行减振器为权利要求1-4任一项所述的抗蛇行减振器，所述抗蛇行减振器用于安装在车体和转向架之间；所述控制器与所述抗蛇行减振器通信连接，以控制各所述支油路的工作状态。
6.根据权利要求5所述的抗蛇行减振系统，其特征在于，还包括驱动器、第一检测模块和第二检测模块，三者均与所述控制器通信连接；所述第一检测模块安装在所述抗蛇行减振器上，用于检测所述抗蛇行减振器的工作信息，所述第二检测模块安装在轨道车辆上，用于检测所述轨道车辆的运行信息；所述控制器用于根据所述第一检测模块和所述第二检测模块的检测信息生成驱动信号，以供所述驱动器控制所述抗蛇行减振器动作。
7.根据权利要求6所述的抗蛇行减振系统，其特征在于，所述第一检测模块包括压力传感器；所述第二检测模块包括加速度传感器和陀螺仪，所述加速度传感器安装于转向架，所述陀螺仪安装于车体。
8.抗蛇行减振系统的控制方法，其特征在于，所述抗蛇行减振系统为权利要求5-7任一项所述的抗蛇行减振系统，所述控制方法包括：
轨道车辆直线运行时，所述控制器控制所述抗蛇行减振器切换至半主动模式，处于所述半主动模式，所述第一开关阀和所述第二开关阀关闭，通过所述第二支油路上的所述电磁比例阀调节所述抗蛇行减振器的阻尼力；
轨道车辆曲线运行时，所述控制器控制所述抗蛇行减振器切换至小阻尼模式，处于所述小阻尼模式，所述第一开关阀打开，所述第二开关阀关闭，所述抗蛇行减振器的阻尼力降低至最小值；
所述抗蛇行减振系统发生故障时，所述控制器控制所述抗蛇行减振器切换至被动模式，处于所述被动模式，所述第一开关阀打开，所述第二开关阀关闭，通过所述卸荷阀调节所述抗蛇行减振器的阻尼力。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，通过获取所述轨道车辆的运行参数确定所述车辆的运行线路的曲线半径，若所述曲线半径大于设定值，则判定所述轨道车辆处于直线运行状态，所述曲线半径小于所述设定值，则判定所述轨道车辆处于曲线运行状态。
10.轨道车辆，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的抗蛇行减振器，或者，包括权利要求5-7任一项所述的抗蛇行减振系统。
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