主动径向故障导向安全行为对轨道车辆运行安全性的影响

doi:10.3901/JME.2025.12.182

机械工程学报 ›› 2025, Vol. 61 ›› Issue (12): 182-190.doi: 10.3901/JME.2025.12.182

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主动径向故障导向安全行为对轨道车辆运行安全性的影响

田师峤^1,2, 罗湘萍¹, 肖春昱¹, 周劲松¹, 宫岛¹

1. 同济大学铁道与城市轨道交通研究院上海 201804;
2. 西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室成都 610031

收稿日期:2024-06-30 修回日期:2025-01-04 发布日期:2025-08-07
作者简介:田师峤(通信作者)，男，1992年出生，博士后。主要研究方向为轨道车辆主动径向控制。E-mail：tianshiqiao291@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(52202479)和中国博士后科学基金(2021M702477)资助项目。

Influence of Fail-safe Behaviour of Active Steering Control on the Running Safety of Rail Vehicle

TIAN Shiqiao^1,2, LUO Xiangping¹, XIAO Chunyu¹, ZHOU Jinsong¹, GONG Dao¹

1. Institute of Rail Transit, Tongji University, Shanghai 201804;
2. State Key Laboratory of Rail Transit Vehicle System, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031

Received:2024-06-30 Revised:2025-01-04 Published:2025-08-07

摘要/Abstract

摘要： 主动径向技术是可以显著提高轨道车辆曲线通过性的有效手段之一。但任何主动控制系统均存在故障失效的可能性，为了防止系统故障后对车辆运行安全性产生影响，基于一种主动径向转向架的经典结构，结合主动径向系统的故障导向安全原则，设计一种适用于主动径向转向架的故障导向安全方法。但在系统进入故障导向安全模式的过程中，同轴作动器的响应不同步会导致轮对相对轨道出现额外偏角；进入故障导向安全模式后，由于作动器自身物理特性，转向架可能无法长时间保持在该模式。因此建立动力学模型，分析主动径向故障导向安全行为对车辆运行安全性的影响。结果表明，当同轴作动器在故障模式下的位移偏差小于2 mm，液压作动器因内泄漏形成的内部空腔小于0.8 mm时，故障导向安全行为可以保证车辆运行的安全性。该两项限值可作为主动径向系统作动器的关键性能指标。最后利用实物样机进行了试验测试，验证该性能指标在目前的技术条件下是可以达到的。研究成果可为主动径向技术的工程运用提供参考。

关键词: 主动径向控制, 故障导向安全, 动力学, 作动器, 运行安全, 运行稳定性

Abstract: The curving performance of rail vehicle can be significantly improved by active steering technology. However, the possibility of failure exists in any active control system. To prevent the running safety of the vehicle from being affected by system failure, a fail-safe method for active steering bogie is proposed in this paper, which is based on the classical structure of an active steering bogie, combined with the fail-safe principle of active steering systems. Nevertheless, additional deflection of the wheelset with respect to the track may be caused by the unsynchronised response of the coaxial actuators during the fail-safe mode transition. Moreover, due to the physical characteristics of the actuators, the bogie may not be able to remain in this fail-safe mode for an extended period. To analyse the effect of active steering fail-safe behaviour on the running safety of the rail vehicle, a dynamic model is developed in this paper. The results shows that the safety of the rail vehicle can be ensured by fail-safe behaviour when the displacement deviation of the coaxial actuator during failure mode is below 2 mm, and the internal cavity of the hydraulic cylinder due to internal leakage is less than 0.8 mm. These two criteria can be used as critical performance indicators for the actuators of active steering systems. Finally, tests are carried out using physical prototype to verify that these performances are achievable under current technical condition. A reference for the engineering application of active steering technology can be provided by the results of this research.

Key words: active steering control, fail-safe, dynamics, actuator, running safety, stability

中图分类号:

U260
TH165

田师峤, 罗湘萍, 肖春昱, 周劲松, 宫岛. 主动径向故障导向安全行为对轨道车辆运行安全性的影响[J]. 机械工程学报, 2025, 61(12): 182-190.

TIAN Shiqiao, LUO Xiangping, XIAO Chunyu, ZHOU Jinsong, GONG Dao. Influence of Fail-safe Behaviour of Active Steering Control on the Running Safety of Rail Vehicle[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2025, 61(12): 182-190.

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Influence of Fail-safe Behaviour of Active Steering Control on the Running Safety of Rail Vehicle

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