高速列車車身減振技術專利技術分析

龍銀萍

摘 要：針對近年我國高速列車發展的重大需求，本文從專利分析角度進行高速鐵路列車中車身減振技術發展體系的特點，并相應提出了我國高速列車減振技術的發展建議。

關鍵詞：高速列車;車身減振技術;專利;技術路線

一、概況

高速列車是現代人們常用的出行方式，高鐵提速大大的縮短旅途時間，隨著高速鐵路技術的快速發展，對列車的平穩性和舒適性要求越來越高。如何在高速列車車體輕量化而引起彈性振動加劇的前提下，抑制車體彈性振動以保證列車的運行平穩性和舒適性就是其中之一。

1、車身減振技術

車身減振技術主要包括轉向架、車身框架，車身框架又包括車箱、地板等方面。對于轉向架為了保持其運行穩定性， 抑制振動的傳遞和擴大， 在高速列車的轉向架上通常采用了二系彈簧懸掛和三向油壓減振器技術。為了減小橫向振動， 高速轉向架上采用了軸向游間更小的圓錐滾子軸承， 使輪軸在行駛中出現的橫向位移更容易復原。

2、中國專利申請技術主題分析

根據中國專利申請技術主題分析數據統計，可以看出：中國專利申請中高速列車減振技術主要分為：車身、車頭/車尾、車端連接和軌道。其中，車身減振技術專利申請量居于首位，占中國專利申請量的78%;而排名第三的軌道減振技術低于日本的專利申請量。

分析結果顯示：

（1）發明創造使用的技術手段主要涉及到改進轉向架構架、輪/軸箱、一、二系懸掛、增加彈性裝置、改進回轉阻尼裝置、改進牽引裝置、使用主動/半主動懸掛等9方面（圖2-2-5），其中優化構件結構參數的技術手段使用最為突出;獲得的技術效果集中體現在改善性能、改善作用力、提高阻尼、改善減振器等方面，其中改善各項性能指標與改善構件間作用力是最突出的技術效果。

（2）技術手段與功效的對應關系顯示出目前最常使用發明創造技術功效組合是：優化結構以改善構件間作用力（主要通過調整構件間的位置/連接問的設計數據實現降低構件間位移/摩擦造成的沖擊/碰撞力）、增加彈性裝置以改善構件間作用力（彈性裝置主要包括彈簧/橡膠件/減振器）等。

二、高速列車車身轉向架減振技術發展路線

通過高速列車減振技術發展路線可以看到：國內外申請人對高速列車車身減振技術都有關注，國外主要申請人有：韓國鐵路研究所、龐巴迪、日立、川崎重工、阿爾斯通、西門子，國內主要申請人有：南車、中車、長春軌道客車、深圳市乾行達科技、西南交通大學、齊齊哈爾軌道交通。 轉向架減振又可分為構架、一系懸掛、二系懸掛、牽引驅動、輪軸/軸箱、彈性裝置等。如下分別對其進行分析。

1、構架減振

1981年，龐巴迪申請了針對快速軌道列車轉向曲線的轉向架框架減振磨損技術;1993年，ALLM對轉向架輕量化的減振結構;1997年西門子提出了結構緊湊的轉向架結構方案;2001年KAWASAKI采用在轉向架框架結構之間設置彈性結構以降低其減振的技術問題;2015年KRRI進一步對轉向架的控制提出了新的改進措施。從上述發展歷程可知，構架減振主要分別從結構的優化設置、材料的選擇、控制、減振類型等方面進行入手從而達到減振效果。

2、軸箱減振

南車分別在2007年和2010年先后提出軸箱彈性組件上設有可讓搖枕與側架產生相對擺動或轉動的簧上擺動機構和軸箱懸掛裝置采用雙側利諾爾減振器與軸箱定位的方案;2016年，中車在軸箱上增加橡膠墊以降低其減振的技術問題。對于軸箱減振，主要還是集中在對軸箱整體增加彈性結構以提高其穩定性的方式。

3、一系懸掛

中車在2016年提出彈性環彈性變形帶動頂蓋相對于外套筒下滑，從而在實現減振功能的同時形成向上的垂向摩擦阻尼的方案;2017年，西南交大在驅動裝置上設有橫向慣性作動器，構架橫梁中部設有傳感器，傳感器通過信號線與控制器連接，控制器輸出接慣性作動器以降低其減振的技術問題。由此看出，一系懸掛的減振方式還是集中在彈簧、橡膠、液壓減振器等常見的減振裝置上，而今年來也在開拓控制方面的研究。

4、二系懸掛

1990年，HITACHI申請了構成車身軸承裝置3的主要構件包括用于姿勢控制的致動器，用于振動控制的致動器和空氣彈簧的減振技術;并于1996年提出主動調節空氣彈簧的高度;2010年KRRI提出控制扭桿前后各方向上的擺動;2012年，南車的扭桿安裝塊落于腹板上，形成類似一種減振緩沖，將垂向力和彎矩產生的附加力分由兩部分承擔;2015年，BOMB提出二次彈簧的局部位置相對于轉向架框架可更換以降低其減振的技術問題。空氣彈簧和扭桿結構是二系懸掛的主要改進對象，并主要通過改進其各向上的性能以提高整體減振效果。

5、彈性裝置

1989年，ALST申請了錐形彈性連接件的減振技術;2016年，中車提出直接將橡膠層直接與承載鞍通過硫化工藝成型為一體式結構，無需下襯板與承載鞍連接，省略金屬性的下襯板可大大降低橡膠墊整體的橫向剛度;2017年中車提出具有儲液空間的橡膠件以降低其減振的技術問題。在國內主要集中在對彈性橡膠結構的改進以提高各連接部件的緩沖效果。

6、牽引減振

2011年，BOBA提出MPLE在氣彈簧裝置和橫移裝置之間進行氣動連接，減少齒輪所需的工作量;同年，南車申請了與車體連接的鉸接裝置和與鉸接裝置配合的中心銷牽引裝置;2015年，SIEMENS提出牽引控制;同年，長春軌道客車提出設有板式鋼簧總成裝置的電機懸掛;2017年，南車置低位斜單拉桿牽引結構，實現了小輪徑轉向架的低位牽引，極大的提高了黏著利用率、減小了軸重轉移。

7、主懸掛

ALSM分別在1995年和1997年先后申請了調節電子單元檢測作用在機體上的非補償離心加速度和用于控制在用于車輛，特別是軌道車輛的主動懸架裝置中實現的致動器裝置的控制方法和控制裝置的技術;2010年，長春孔輝汽車提出半主動懸掛用的阻尼可調減振器;2012年，南車提出控制裝置，采樣板采集加速度傳感器信號;2017年，西南交大提出基于H∞的懸掛控制器、電流控制器和磁流變阻尼器。

三、技術發展建議

近年來中國高速列車減振技術專利發展迅速，中國高鐵技術現階段確實具備一定的優勢，但是若知識產權保護意識薄弱，在國際知識產權殘酷的競爭行下，這些優勢可能就會逐漸消失，因而，本文在分析專利活動之余，嘗試為國內高鐵車輛研發的重要申請人如中車集團今后的技術研發和專利申請提供一些參考建議：

加強專利活動的戰略性，密切融合專利戰略與技術發展。加強專利活動的戰略性，加大知識產權的國際保護力度，充分考慮企業的內外部環境，監察市場需求及行業內對手的經營戰略，密切融合專利戰略與技術發展，挖掘自己的技術優勢，形成有效與前瞻性的專利布局，擴大自己的領先優勢。

（1）提升專利質量，矩陣華專利管理體系。雖然中國高鐵在速度上也不斷刷新世界紀錄，其技術也被公認為國際領先，近年來發展迅速，中國專利申請總量居于首位，占全球專利申請量的一半，但其在一定程度上一樣也面臨著“重數量輕質量”“多外殼少內核”的專利申請困境，因此，提升專利質量，矩陣華專利管理體系，優化專利結構，也是日后專利申請的注意要點。

（2）加強專利的整體化布局與運營。專利法規定專利的宗旨是鼓勵發明創造。

專利之所能對技術創新產生激勵作用，是以對市場激勵機制的運作為基礎的。如前所述，在高鐵減振領域，中車申請量第一，擁有大量專利，具有強大的專利儲備。但只有以專利運營為目標，布局形成有價值的組合專利，對其所擁有的專利進行分分類和評估，列出基礎專利、核心專利、外圍專利并對其進行布局和運營，才能鞏固企業的整體發展，保障中國在高鐵技術上的優勢，促進后續的創新活動。