李 楊 柳曉峰 王虎高 王 帥 劉爍埼 唐勇軍

（中車株洲電力機車有限公司，株洲 412001）

在軌道車輛的設計中，為了方便乘客上下車，車廂地板面設計高度應與站臺高度盡量一致，尤其是流量較大、車站停車時間較短的場合[1]?？紤]到車輛滿載時彈簧的撓度，車廂地板面設計高度一般高于站臺地面50～100 mm。由于在軌道車輛上下乘客的過程中二系彈簧高度會隨著車輛載重的變化而變化，不能很好地維持車輛的設計高度，因此在軌道車輛二系彈簧中設置了高度控制閥來解決這個問題。高度控制閥可以位于轉向架中間（在每個轉向架與車體連接處各安裝一個），也可位于轉向架兩側（每個轉向架分別安裝兩個）。當二系彈簧載荷減小或增加使得二系彈簧產生壓縮或拉伸時，安裝于車體與轉向架之間的高度閥的連桿將向下或向上運動，促使連桿運動帶動高度閥內主軸旋轉并使活塞移動。由于硅油流經節(jié)流孔產生阻尼作用，延遲一定時間后閥門打開，連通主風管與二系彈簧的氣路或連通二系彈簧與大氣的氣路，對二系氣彈簧充氣或排氣，直至連桿恢復到原先水平位置時氣閥關閉。這種機械控制結構一方面受靈敏度限制，調整時間較長，一般要求車輛載荷變化時地板面高度調整的時間不超過車站停車時間；另一方面受精度限制，地板面高度的變化范圍一般為±10 mm。 這種設計方案也存在一些缺陷。一方面，車輛在使用過程中，由于車輛各部件材料受內部殘余應力的變形、受外部外力負荷的變形以及受長時間形成的蠕變的影響，車輛整體會產生較大的幾何形變，致使車廂地板面高度難以與站臺面高度相匹配。另一方面，高度控制閥雖然能用來補償乘客質量的變化，但不能用于補償車輪和轉向架零件的磨損，將致使車廂地板面高度難以與站臺面高度相匹配。因此，目前需要針對現有技術不足，提供一種解決方案，解決因車輛整體產生較大的幾何形變、車輪和轉向架零件的磨損而致使車廂地板面高度難以與站臺面高度相匹配的 問題[2]。

1 方案結構與思路

如圖1和圖2所示，本方案在每節(jié)車廂兩個轉向架上的4個二系彈簧上安裝監(jiān)測其高度方向位移量的位移傳感器（對應圖3中的空簧簧高傳感器）和監(jiān)測其壓力參數的壓力傳感器4（對應圖3中的空簧壓力傳感器）。

在每節(jié)車廂上分別靠近I端和Ⅱ端的四處車門通道位置附近安裝監(jiān)測車門通道處與軌面相對高度距離的傳感器（即圖1的高度傳感器）。如圖3所示，本方案中電子控制單元（Electronic Control Unit，ECU）根據每節(jié)車輛I端和Ⅱ端的四處車門通道位置附近的高度傳感器（即車高傳感器）獲取4組車體地板面與軌面相對高度參數Z1、Z2、Z3、Z4。通過控制每節(jié)車輛的4組二系彈簧的空氣閥的充放氣調節(jié)二系彈簧高度，將4組參數Z1、Z2、Z3、Z4的值調節(jié)至與H（站臺面與軌面相對高度）的值近似相等，實現車門通道位置地板面與站臺面平齊[3]。

ECU也可根據不同情況采取不同的控制方式，方便乘客上下車。站臺在車輛左右兩側且車輛到站后同時開啟左右兩側車門上下乘客時，或者站臺在車輛左右兩側或單側且車輛到站后只開啟一側車門上下乘客時，ECU可以同時調節(jié)4組二系彈簧，將Z1、Z2、Z3、Z4值調節(jié)至與H值近似相等，實現車門通道位置地板面與站臺面平齊。或為了簡化控制、提高效率，ECU也可控制4組二系彈簧中的任意3組進行調節(jié)（三點調平原理），將Z1、Z2、Z3、Z4值調節(jié)至與H值近似相等，實現車門通道位置地板面與站臺面平齊。更為簡化的是，ECU還可控制車門開啟側的兩組二系進行調節(jié)，將Z1、Z2、Z3、Z4這4組值中與車門開啟同側的2組值調節(jié)至與H值近似相等，縮小車門開啟側地板面邊緣與開啟側站臺面的相對高度，方便乘客上下車[4]。

2 方案控制策略

本方案地板面與站臺面自動對齊、調平控制過程，如圖4所示[5]。

第一，獲取軌道交通車輛地板面上各測點（即安裝高度傳感器位置）距軌面高度Zi和站臺面距軌面的高度H，利用Simax=|Zimax-H|計算相對最大高差值，其中Zimax表示Zi中的最大值。

第二，設定是否進行調節(jié)動作的界限值為K。當控制器判斷Simax≥K時，對各二系彈簧進行調節(jié)。測點高差值Si為正值時，ECU控制此測點臨近的二系彈簧的氣閥泄壓，使該二系彈簧支撐的車體地板面向下移動；反之，測點高差值Si為負值時，ECU控制此測點對應臨近的二系彈簧空的氣閥充壓，使該二系彈簧支撐的車體地板面向上移動。

設定調節(jié)總時間為T，若車輛從停站至車門開啟的間隔時間為T′，則應使T≤T′。為使各二系彈簧同時完成調節(jié)，則控制器控制各二系彈簧位移調節(jié)速度為Vi=Si/T。Vi為正值表示二系彈簧泄壓向下移動，Vi為負值表示二系彈簧充壓向上移動。若二系彈簧充放氣的最大運動速度為V′，則有|Vi|≤|V′|。

當滿足關系式Simax-V′T′≥0時，K的取值范圍為K∈（0，Simax-V′T′）；當滿足關系式Simax-V′T′＜0時，K的取值范圍為K∈（0，Simax）。K的具體取值可根據標準要求和運營方需求自行設定。

根據車輛自重和載客質量之和計算各二系彈簧承重范圍報警壓力值為P。在調節(jié)過程中實時監(jiān)測各二系彈簧上安裝的壓力傳感器數值，當任意二系彈簧壓力值Pi＜P時，證明某二系彈簧受力過小出現虛支撐，應馬上停止調平，先將出現虛支撐的二系彈簧伸出，到達壓力值Pi≥P時再重新進行調平操作。若沒有點發(fā)生虛支撐，則調節(jié)過程繼續(xù)，直至Simax＜K，調節(jié)過程結束。

本方案可以實現各二系彈簧位移的勻速調節(jié)和各二系彈簧在同一時間調節(jié)完畢，使調節(jié)過程更舒適和平順。在整個調節(jié)過程中和直至調節(jié)結束時，二系彈簧都能避免出現虛支撐現象，能較好地避免列車停車前后由于乘客重量的動態(tài)變化造成的二系彈簧支撐不均而產生的車身抖動問題。

3 結語

通過對車身位置高度的監(jiān)測，自動調整車體地板面高度與站臺面高度相匹配，方便乘客上下車。相比采用傳統機械結構高度控制閥的車輛，本方案采用垂向可調空間更大、精度和靈敏度更高的電控系統，可實時控制車廂地板面與軌面的相對高度，很好地解決了因車輛整體產生較大的幾何形變、車輪和轉向架零件的磨損而致使車廂地板面高度難以與站臺面高度相匹配的問題，使得車輛運行品質和性能更好。在整個調節(jié)過程中，二系彈簧都能避免出現虛支撐現象，能較好地避免列車停車前后由于乘客重量的動態(tài)變化造成的二系彈簧支撐不均而產生的車身抖動問題。