随着我国高速铁路的飞速发展,车辆运行速度越来越快,如何在高速运行环境下有效抑制车辆的振动,提高旅客乘坐舒适性成为高速铁路发展过程中的一项重要研究内容。传统被动悬挂系统的特性参数不能根据车辆实际运行情况而进行实时调节,对车辆的振动难以实现最佳的抑制效果。通过调节阻尼元件特性参数的半主动悬挂系统只需要少量能源即可达到接近全主动悬挂系统的性能,可以更有效的抑制车辆的振动,提高车辆运行平稳性。本文对高速列车的轮轨接触关系、车辆系统的铰接、力元和动力学方程进行了分析研究,以国产某高速列车拖车为对象,利用多体动力学软件SIMPACK建立高速列车动力学模型。根据空气弹簧工作原理,基于热力学和流体力学分别建立了空气弹簧橡胶气囊、附加空气室、节流孔、高度调整阀、差压阀等的气体动力学方程。利用AMESim软件建立空气弹簧垂向气动模型,分析结构参数对空气弹簧垂向刚度特性和阻尼特性的影响。改变节流孔开度会使空气弹簧刚度和阻尼发生变化,利用SIMPACK和AMESim建立高速列车和空气弹簧的协同仿真模型,分析了节流孔直径对车辆垂向振动的影响,结果表明节流孔直径在一定范围内车辆垂向振动随着节流孔开度的增大而减小,但是,节流孔直径过大时会加剧高速车辆的垂向振动。分别分析了因节流孔而引起的刚度变化和阻尼变化对车辆垂向振动的影响,结果表明刚度的变化对垂向振动几乎没有影响,阻尼的变化对垂向振动影响很大。利用曲线拟合得到空气弹簧阻尼和节流孔直径的关系式,通过调控节流孔直径实现空气弹簧的半主动控制。分析对比了多种主动控制策略,以基于天棚阻尼原理的SH控制和ADD控制及模糊控制作为空气弹簧半主动控制的控制策略,以节流孔直径作为控制量,控制过程中不考虑刚度的变化,在MATLAB/SIMULINK软件中分别建立数学控制模型。通过SIMPACK和MATLAB/SIMULINK建立基于空气弹簧半主动控制的高速列车联合仿真模型并进行仿真分析。将分析结果与被动悬挂车辆的动力学性能进行对比分析,半主动悬挂车辆非线性临界速度略有降低,提高了垂向平稳性,对横向平稳性几乎没有影响,曲线通过性能没有明显恶化。采用ADD控制的车辆垂向平稳性提高最明显,但是SH控制和ADD控制的节流孔直径比模糊控制下的跳动更大。