[发明专利]低速轨道车辆二系垂向悬置最佳阻尼比的优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及低速轨道车辆悬置，特别是低速轨道车辆二系垂向悬置最佳阻尼比的优化设计方法。

背景技术

二系垂向悬置系统阻尼比对低速轨道车辆的乘坐舒适性和安全性具有重要的影响，其设计或选取，是设计二系垂向减振器阀系参数所依据的重要参数。然而，据所查阅资料可知，由于轨道车辆属于多自由度振动系统，对其进行动力学分析计算非常困难，目前国内外对于二系垂向悬置阻尼比的设计，一直没有给出系统的理论设计方法，大都是按经验选取一定的阻尼比值(通常经验阻尼比为0.2～0.45)，然后，借助计算机技术，利用多体动力学仿真软件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，随着轨道车辆行业的不断发展，人们对二系垂向悬置阻尼比的设计提出了更高的要求，目前二系垂向悬置阻尼比设计的方法不能给出具有指导意义的创新理论，不能满足轨道车辆快速发展情况下对减振器设计要求的发展。因此，必须建立一种准确、可靠的低速轨道车辆二系垂向悬置最佳阻尼比的优化设计方法，满足轨道车辆快速发展情况下对减振器设计的要求，提高低速轨道车辆悬置系统的设计水平及产品质量，提高车辆乘坐舒适性和安全性；同时，降低产品设计及试验费用，缩短产品设计周期，增强我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、可靠的低速轨道车辆二系垂向悬置最佳阻尼比的优化设计方法，其设计流程图如图1所示；低速轨道车辆1/4车体四自由度行驶垂向振动模型图2所示。

为解决上述技术问题，本发明所提供的低速轨道车辆二系垂向悬置最佳阻尼比的优化设计方法，其特征在于采用以下设计步骤：

(1)建立低速轨道车辆1/4车体四自由度行驶垂向振动微分方程：

根据轨道车辆的1/4单节车体的满载质量m₂，单个转向架构架质量的一半m₁；每轴箱定位装置的垂向等效刚度K₁；二系垂向悬置的刚度K₂；待设计二系垂向悬置的阻尼比ξ，其中，二系垂向减振器的等效阻尼系数二系垂向减振器的端部连接等效刚度K_d2；以转向架构架质心的垂向位移z₁，二系垂向减振器活塞杆的垂向位移z_d2及车体质心的垂向位移z₂为坐标；以轨道高低不平顺随机输入z_v为输入激励；建立低速轨道车辆1/4车体四自由度行驶垂向振动微分方程，即：

其中，

(2)构建二系垂向悬置系统的垂向振动优化设计仿真模型：

根据步骤(1)中所建立的低速轨道车辆1/4车体四自由度行驶垂向振动微分方程，利用Matlab/Simulink仿真软件，构建二系垂向悬置系统的垂向振动优化设计仿真模型；

(3)建立二系垂向悬置最佳阻尼比的优化设计目标函数J：

根据步骤(2)中所建立的二系垂向悬置系统的垂向振动优化设计仿真模型，以二系垂向悬置阻尼比为设计变量，以轨道高低不平顺随机输入为输入激励，利用仿真所得到的车体垂向运动的振动加速度均方根值建立二系垂向悬置最佳阻尼比的优化设计目标函数J，即：

(4)低速轨道车辆二系垂向悬置最佳阻尼比ξ_o的优化设计：

根据步骤(2)中所建立的二系垂向悬置系统的垂向振动优化设计仿真模型，以轨道高低不平顺随机输入z_v为输入激励，利用优化算法求步骤(3)中所建立二系垂向悬置最佳阻尼比的优化设计目标函数J的最小值，所对应的设计变量即为低速轨道车辆二系垂向悬置系统的最佳阻尼比ξ_o。

本发明比现有技术具有的优点：

由于轨道车辆属于多自由度振动系统，对其进行动力学分析计算非常困难，目前国内外对于二系垂向悬置阻尼比的设计，一直没有给出系统的理论设计方法，大都是按经验选取一定的阻尼比值(通常经验阻尼比为0.2～0.45)，然后，借助计算机技术，利用多体动力学仿真软件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，随着轨道车辆行业的不断发展，人们对二系垂向悬置阻尼比的设计提出了更高的要求，目前二系垂向悬置阻尼比设计的方法不能给出具有指导意义的创新理论，不能满足轨道车辆快速发展情况下对减振器设计要求的发展。