[发明专利]高速轨道车辆一系垂向悬架最优阻尼比的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及高速轨道车辆悬置，特别是高速轨道车辆一系垂向悬架最优阻尼比的设计方法。

背景技术

一系垂向悬架系统能够有效缓和轮轨冲击，隔离高频冲击对车辆造成的危害，其阻尼比的设计或选取，是设计一系垂向悬架系统减振器阀系参数所依据的重要参数。尽管已有学者对轨道车辆一系垂向悬架系统阻尼比作了大量研究，例如，同济大学的王福天教授曾给出了轨道车辆单质量二自由度一系垂向悬架系统的最佳阻尼比值(ξ＝0.1925)，但一直未曾给出具有实际应用价值的一系垂向悬架系统的阻尼比。据所查阅资料可知，目前国内、外对于高速轨道车辆一系垂向悬架系统阻尼比的设计，大都是按经验选取一定的阻尼比值(通常经验阻尼比为0.2～0.3)，然后，借助计算机技术，利用多体动力学软件SIMPACK或ADAMS/Rail，通过实体建模来优化和确定其大小，尽管该方法可以得到比较可靠的仿真数值，使车辆具有较好的动力性能，然而，随着轨道车辆行驶速度的不断提高，人们对高速轨道车辆一系垂向悬架系统阻尼比的设计提出了更高的要求，目前一系垂向悬架系统阻尼比设计的方法不能给出具有指导意义的创新理论，不能满足轨道车辆不断提速情况下对减振器设计要求的发展。因此，必须建立一种准确、可靠的高速轨道车辆一系垂向悬架最优阻尼比的设计方法，满足轨道车辆不断提速情况下对减振器设计的要求，提高高速轨道车辆悬置系统的设计水平及产品质量，提高车辆行驶平稳性和安全性；同时，降低设计及试验费用，缩短产品设计周期，增强中国轨道车辆的国际市场竞争力。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种准确、可靠的高速轨道车辆一系垂向悬架最优阻尼比的设计方法，其设计流程图如图1所示；高速轨道车辆1/4车体二自由度行驶垂向振动模型图如图2所示。

为解决上述技术问题，本发明所提供的高速轨道车辆一系垂向悬架最优阻尼比的设计方法，其特征在于采用以下设计步骤：

(1)建立高速轨道车辆1/4车体二自由度行驶垂向振动微分方程：

根据1/4单节车体的满载质量m，悬架弹簧的等效刚度K₁；待设计一系垂向悬架的阻尼比ξ，其中，悬架减振器的等效阻尼系数悬架减振器的端部连接等效刚度K₀₁；以减振器活塞杆的垂向位移z₀₁及车体垂向振动位移z₁为坐标；以轨道高低不平顺随机输入z_v为输入激励，建立高速轨道车辆1/4车体二自由度行驶垂向振动微分方程，即：

(2)确定车体垂向振动位移频率响应函数

根据步骤(1)中所建立的高速轨道车辆1/4车体二自由度行驶垂向振动微分方程，经傅里叶变换，确定车体垂向振动位移频率响应函数即：

(3)建立一系垂向悬架系统阻尼比目标函数J(ξ)的解析表达式：

I步骤：根据轨道高低不平顺大小幅值参数G，车辆行驶速度v，及步骤(2)中所确定的车体垂向振动位移频率响应函数建立一系垂向悬架系统阻尼比的目标函数J(ξ)，即：

式中，μ＝K₀₁/K₁；

II步骤：根据I步骤所建立的一系垂向悬架系统阻尼比的目标函数J(ξ)，利用Matlab，求解得到方程的正实数根，即μ＝2；

III步骤：根据I步骤所建立的一系垂向悬架系统阻尼比的目标函数J(ξ)，及II步骤中求得的μ＝2，建立一系垂向悬架系统阻尼比目标函数J(ξ)的解析表达式，即：

(4)确定一系垂向悬架系统的最佳阻尼比ξ_oc：

根据步骤(3)中所建立的一系垂向悬架系统阻尼比目标函数J(ξ)的解析表达式，利用MATLAB，求解的正实数根，便可得到一系垂向悬架系统的最佳阻尼比ξ_oc；

(5)确定一系垂向悬架系统的最大许用阻尼比ξ_oa：

①确定轨道高低不平顺大小幅值参数G：

A步骤：根据步骤(1)中所建立的高速轨道车辆1/4车体二自由度行驶垂向振动微分方程，及

步骤(3)中II步骤计算得到的μ＝K₀₁/K₁＝2，利用Matlab/Simulink仿真软件，构建高速轨道车辆1/4车体二自由度行驶垂向振动仿真模型；