随着经济文化的迅速发展,跨国以及跨地区间客流和货运需求随之增加,我国经济发展与世界各国关系密切,不可避免地需要借助铁路联运工具。但我国与大部分周边国家采用不同的轨距线路,严重阻碍了我国的国际联运发展以及“一带一路”的进程。根据西班牙、日本、波兰等国家的实践经验,采用变轨距转向架是实现不同轨距联运的有效措施。目前,我国在变轨距转向架方面的研究尚不成熟,特别是高速变轨距列车方面还处于研发中,这表明研究和生产适应我国国情的变轨距转向架任务艰巨且迫在眉睫。此外,在不同轨距线路下,高速列车的运行质量必定受到影响,尤其在高速运行环境轮/轨间的不断作用会严重影响列车的运行平稳性和安全性。若要同时保证高速变轨距列车在不同轨距线路上的运行平稳性能,必然对悬挂系统提出更高的性能要求。为此,针对常规被动悬挂系统的局限性,采取半主动控制的悬挂系统是十分必要的。本文以高速变轨距列车作为研究对象,以车辆动力学理论为指导,对变轨距转向架及地面变轨配套装置的关键结构设计、车辆动力学建模、变轨距列车动力学性能优化与预测、半主动悬挂系统控制策略等方面进行研究,论文的主要研究内容如下:1、变轨距转向架及其地面配套装置的设计根据高速变轨距转向架的设计要求,设计变轨距转向架及其地面配套装置,并对转向架关键结构进行强度分析与校核。基于系统动力学理论搭建变轨距轮对与地面配套装置的刚柔耦合模型,分析变轨距轮对和解锁-锁紧装置在变轨过程中的动力学特性,验证本文设计的高速变轨距转向架及其地面配套装置的可行性。2、变轨距车辆动力学建模将车辆模型简化为7刚度42自由度的多刚体系统,通过对每个刚体进行受力分析,推导一系、二系悬挂系统的作用力模型,进而构建轨道车辆动力学模型。考虑车辆运行时的轮轨关系,建立轮轨接触模型,并提出一种基于小波理论的轨道不平顺信号模拟方法。基于Simpack搭建高速变轨距车辆动力学仿真模型,为研究变轨距车辆的动力学性能优化以及半主动悬挂系统控制策略提供基础。3、高速变轨距列车动力学性能优化与预测基于车辆动力学仿真模型仿真分析高速变轨距列车在不同轨距下的各项动力学性能指标,并采用参数试验法对变轨距转向架的一系、二系悬挂参数和车轮踏面类型进行优化分析,得到最优悬挂参数组合以及车轮踏面类型;进一步预测高速变轨距列车的运行稳定性、运行平稳性和曲线通过性能,根据车辆动力学性能评价指标分析车辆各项动力学性能指标是否满足标准要求。4、列车悬挂系统半主动控制方法研究研究车辆半主动悬挂系统的控制方法是改善高速变轨距列车运行平稳性的重要措施。基于滑模变结构控制和分数阶理论搭建1/4车分数阶天棚阻尼控制的滑模参考模型,进而提出基于分数阶天棚阻尼参考模型的双滑模面滑模半主动控制方法和模糊RBF的滑模半主动控制方法,通过设计双滑模面滑模控制器和FRBF-SMC控制器对1/4车悬挂系统进行半主动控制,对这两种方法的控制效果进行对比分析。5、变轨距列车整车悬挂系统半主动控制策略研究将FRBF-SMC半主动控制方法应用于变轨距转向架的垂向空气弹簧和横向MR阻尼器的半主动控制系统,分析空气弹簧及MR阻尼器的FRBF-SMC半主动控制策略的具体实现方式,构建高速变轨距列车悬挂系统半主动控制的整车联合仿真模型,对不同轨距线路下变轨距车辆的运行平稳性、运行稳定性和曲线通过性能进行分析,验证整车半主动控制策略的有效性。