高速軌道車輛二系垂向懸置最優(yōu)阻尼比的解析計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高速軌道車輛懸置，特別是高速軌道車輛二系垂向懸置最優(yōu)阻尼比的 解析計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 二系垂向懸置系統(tǒng)阻尼比對高速軌道車輛的乘坐舒適性和安全性具有重要的影 響，其設(shè)計或選取，是設(shè)計二系垂向懸置系統(tǒng)減振器閥系參數(shù)所依據(jù)的重要參數(shù)。然而，據(jù) 所查閱資料可知，由于軌道車輛屬于多自由度振動系統(tǒng)，對其進行動力學分析計算非常困 難，目前國內(nèi)外對于高速軌道車輛二系垂向懸置阻尼比的設(shè)計，一直沒有給出系統(tǒng)的解析 計算方法，大都是按經(jīng)驗選取一定的阻尼比值（通常經(jīng)驗阻尼比為0. 2~0. 45)，然后，借助 計算機技術(shù)，利用多體動力學仿真軟件SMPACK或ADAMS/Rail，通過實體建模來優(yōu)化和確 定其大小，盡管該方法可以得到比較可靠的仿真數(shù)值，使車輛具有較好的動力性能，然而， 隨著軌道車輛行駛速度的不斷提高，人們對二系垂向懸置阻尼比的設(shè)計提出了更高的要 求，目前二系垂向懸置阻尼比設(shè)計的方法不能給出具有指導(dǎo)意義的創(chuàng)新理論，不能滿足軌 道車輛不斷提速情況下對減振器設(shè)計要求的發(fā)展。因此，必須建立一種準確、可靠的高速軌 道車輛二系垂向懸置最優(yōu)阻尼比的解析計算方法，滿足軌道車輛不斷提速情況下對減振器 設(shè)計的要求，提高高速軌道車輛懸置系統(tǒng)的設(shè)計水平及產(chǎn)品質(zhì)量，提高車輛乘坐舒適性和 安全性；同時，降低產(chǎn)品設(shè)計及試驗費用，縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，增強我國軌道車輛的國際市 場競爭力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種準確、 可靠的高速軌道車輛二系垂向懸置最優(yōu)阻尼比的解析計算方法，其計算流程圖如圖1所 示；1/4車體四自由度行駛垂向振動模型圖如圖2所示。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的高速軌道車輛二系垂向懸置最優(yōu)阻尼比的 解析計算方法，其特征在于采用以下設(shè)計步驟：
[0005] (1)確定車體及轉(zhuǎn)向架構(gòu)架垂向振動的位移頻率響應(yīng)函數(shù) /!(}(0)_ _v , //(jw)_,..；
[0006] 根據(jù)軌道車輛的1/4單節(jié)車體的滿載質(zhì)量m2，單個轉(zhuǎn)向架構(gòu)架質(zhì)量的一半m 1; - 系垂向懸架的等效剛度K1、等效阻尼C1;二系垂向懸置的剛度K2;待設(shè)計二系垂向懸置的阻 尼比ξ，其中，二系垂向減振器的阻尼系數(shù)C2 =2$/^:;-系垂向減振器的端部連接等效 剛度Kdl，二系垂向減振器的端部連接等效剛度Kd2;利用1/4車體四自由度行駛垂向振動模 型，以軌道高低不平順隨機輸入ζν為輸入激勵；以一系垂向減振器活塞桿的垂向位移ζ dl， 轉(zhuǎn)向架構(gòu)架質(zhì)心的垂向位移Z1，二系垂向減振器活塞桿的垂向位移zd2及車體質(zhì)心的垂向 位移4為輸出；確定車體垂向位移ζ 2對軌道高低不平順隨機輸入z v的位移頻率響應(yīng)函數(shù) 〃(j~)、_,，及轉(zhuǎn)向架構(gòu)架垂向位移Z1對軌道高低不平順隨機輸入Zv的位移頻率響應(yīng)函數(shù) "οι -，分別為：
[0007]
[0008]
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[0020] (2)建立基于舒適性和基于安全性的二系垂向懸置最佳阻尼比的目標函數(shù)
[0021] 根據(jù)車輛行駛速度V，軌道高低不平順大小幅值參數(shù)G，及步驟（1)中所確定的位 移頻率響應(yīng)函數(shù)//(少): Ζ?、、，建立基于舒適性的二系垂向懸置最佳阻尼比的目 標函數(shù)丄（ξ )和基于安全性的二系垂向懸置最佳阻尼比的目標函數(shù)Js( ξ )，分別為：
[0022]
[0023]
[0024] (3)建立基于舒適性和基于安全性的二系垂向懸置最佳阻尼比目標函數(shù)丄（ξ )、 Js( ξ )的解析表達式：
[0025] 根據(jù)步驟（2)中所建立的目標函數(shù)^(ξ)、JsU )，通過積分運算，建立基于舒適 性和基于安全性的二系垂向懸置最佳阻尼比目標函數(shù)丄（ξ )、Js( ξ )的解析表達式，分別 為：
[0026]
[0027]
[0028] 式中， CN 105160180 A ^ 3/丫貝
[0054] (4)基于舒適性的二系垂向懸置最佳阻尼比ξ ^。的解析計算：
[0055] 根據(jù)車輛參數(shù)，及步驟（3)中所建立的基于舒適性的二系垂向懸置最佳阻尼比目 標函數(shù)丄（ξ )的解析表達式，利用MATLAB，求解
的正實數(shù)根，便可得到基于舒適 性的二系垂向懸置系統(tǒng)的最佳阻尼比ξ。。；
[0056] (5)基于安全性的二系垂向懸置最佳阻尼比ξ Μ的解析計算：
[0057] 根據(jù)車輛參數(shù)，及步驟（3)中所建立的基于安全性的二系垂向懸置最佳阻尼比目 標函數(shù)Js( ξ )的解析表達式，利用MATLAB，求解
的正實數(shù)根，便可得到基于安全 性的二系垂向懸置系統(tǒng)的最佳阻尼比Icis;
[0058] (6)二系垂向懸置最優(yōu)阻尼比ξ。的解析計算：
[0059] 根據(jù)步驟（4)中所求得的基于舒適性的二系垂向懸置系統(tǒng)的最佳阻尼比Ici。，及 步驟（5)中求得的基于安全性的二系垂向懸置系統(tǒng)的最佳阻尼比，利用黃金分割原理， 計算得到偏舒適性的二系垂向懸置系統(tǒng)的最優(yōu)阻尼比ξ。，即：
[0060]
。
[0061] 本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點：
[0062] 由于軌道車輛屬于多自由度振動系統(tǒng)，對其進行動力學分析計算非常困難，目前 國內(nèi)外對于高速軌道車輛二系垂向懸置阻尼比的設(shè)計，一直沒有給出系統(tǒng)的解析計算方 法，大都是按經(jīng)驗選取一定的阻尼比值（通常經(jīng)驗阻尼比為〇. 2~0. 45)，然后，借助計算機 技術(shù)，利用多體動力學仿真軟件SniPACK或ADAMS/Rail，通過實體建模來優(yōu)化和確定其大 小，盡管該方法可以得到比較可靠的仿真數(shù)值，使車輛具有較好的動力性能，然而，隨著軌 道車輛行駛速度的不斷提高，人們對二系垂向懸置阻尼比的設(shè)計提出了更高的要求，目前 二系垂向懸置阻尼比設(shè)計的方法不能給出具有指導(dǎo)意義的創(chuàng)新理論，不能滿足軌道車輛不 斷提速情況下對減振器設(shè)計要求的發(fā)展。
[0063] 本發(fā)明通過建立1/4車體四自由度行駛垂向振動模型，分別以人體乘坐舒適性最 佳和輪對及輪軸受垂向力最小為設(shè)計目標，計算得到基于舒適性和安全性的二系垂向懸置 系統(tǒng)的最佳阻尼比，并利用黃金分割原理，計算得到二系垂向懸置系統(tǒng)的最優(yōu)阻尼比。通 過設(shè)計實例及SMPACK仿真驗證可知，該方法可得到準確可靠的二系垂向懸置系統(tǒng)的最優(yōu) 阻尼比值，為高速軌道車輛二系垂向懸置阻尼比的設(shè)計提供了可靠的設(shè)計方法。利用該方 法，不僅可提高高速軌道車輛懸置系統(tǒng)的設(shè)計水平及產(chǎn)品質(zhì)量，提高車輛乘坐舒適性和安 全性；同時，還可降低產(chǎn)品設(shè)計及試驗費用，縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，增強我國軌道車輛的國際 市場競爭力。
【附圖說明】
[0064] 為了更好地理解本發(fā)明下面結(jié)合附圖做進一步的說明。
[0065] 圖1是高速軌道車輛二系垂向懸置最優(yōu)阻尼比解析計算方法的計算流程圖；
[0066] 圖2是1/4車體四自由度行駛垂向振動模型圖；
[0067] 圖3是實施例的σ^'(ν(7)隨二系垂向懸置系統(tǒng)阻尼比ξ變化的曲線；
[0068] 圖4是實施例的隨二系垂向懸置系統(tǒng)阻尼比ξ變化的曲線。 具體實施方案
[0069] 下面通過一實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0070] 某高速軌道車輛的1/4單節(jié)車體的滿載質(zhì)量m2= 14398kg，單個轉(zhuǎn)向架構(gòu)架質(zhì)量 的一半Hi1= 1379kg，一系垂向懸架的等效剛度K1= 2. 74X 10 6N/m、等效阻尼C1= 28. 3kN. s/m ;二系垂向懸置的剛度K2= 5. 68X 10 5N/m ;-系垂向減振器的端部連接等效剛度Kdl = 40 X 106N/m，二系垂向減振器的端部連接等效剛度Kd2= 20 X 10 6N/m ;待設(shè)計二系垂向懸置 的阻尼比為ξ，其中，二系垂向減振器的阻尼系數(shù)C 。對該高速軌道車輛二系垂 向懸置的最優(yōu)阻尼比進行設(shè)計。
[0071] 本發(fā)明實例所提供的高速軌道車輛二系垂向懸置最優(yōu)阻尼比的解析計算方法，其 計算流程圖如圖1所示，1/4車體四自由度行駛垂向振動模型圖如圖2所示，具體步驟如