[发明专利]高铁二系垂向及端部纵向减振器阻尼系数的协同优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及高速轨道车辆悬置，特别是高铁二系垂向及端部纵向减振器阻尼系数的协同优化方法。

背景技术

二系垂向减振器及车体端部纵向减振器对高铁的乘坐舒适性和安全性具有重要的影响。然而，据所查阅资料可知，由于高铁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，目前国内外对于高铁二系垂向及车体端部纵向减振器阻尼系数的设计，一直没有给出系统的理论设计方法，大都是对二系垂向减振器和车体端部纵向减振器分别单独进行研究，并借助计算机技术，利用多体动力学仿真软件SIMPACK或ADAMS/Rail，分别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，由于二系垂向减振器及车体端部纵向减振器是一个相互耦合的复杂系统，目前这种分别单独建模对其减振器阻尼系数进行设计的方法，难以使高铁二系垂向及车体端部纵向减振器的阻尼系数达到最佳匹配，且随着高铁行驶速度的不断提高，人们对二系垂向及车体端部纵向减振器阻尼系数的设计提出了更高的要求，目前高铁二系垂向及车体端部纵向减振器阻尼系数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、可靠的高铁二系垂向及端部纵向减振器阻尼系数的协同优化方法，满足轨道车辆不断提速情况下对减振器设计的要求，提高高铁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、可靠的高铁二系垂向及端部纵向减振器阻尼系数的协同优化方法，其设计流程图如图1所示；高铁整车6自由度行驶垂向振动模型的主视图如图2所示，高铁整车6自由度行驶垂向振动模型的左视图如图3所示。

为解决上述技术问题，本发明所提供的高铁二系垂向及端部纵向减振器阻尼系数的协同优化方法，其特征在于采用以下设计步骤：

(1)建立高铁整车6自由度行驶垂向振动微分方程：

根据高铁的单节车体的质量m₂、点头转动惯量J_2φ；每台转向架构架的质量m₁、点头转动惯量J_1φ；前转向架一系前悬架的垂向等效刚度K_1zff、垂向等效阻尼C_d1ff，前转向架一系后悬架的垂向等效刚度K_1zfr、垂向等效阻尼C_d1fr；后转向架一系前悬架的垂向等效刚度K_1zrf、垂向等效阻尼C_d1rf，后转向架一系后悬架的垂向等效刚度K_1zrr、垂向等效阻尼C_d1rr；前转向架二系悬置的垂向等效刚度K_2zf；后转向架二系悬置的垂向等效刚度K_2zr；待设计前转向架二系垂向减振器的等效阻尼系数C_d2f、待设计后转向架二系垂向减振器的等效阻尼系数C_d2r；待设计车体端部纵向减振器的等效阻尼系数C₃；车体上端端部纵向减振器到车体质心的高度h₁，车体下端端部纵向减振器到车体质心的高度h₂，车辆定距的一半a，转向架轴距的一半a₀；分别以前、后转向架构架及车体的质心O₁、O₂、O₃为坐标原点；以前转向架构架的浮沉位移z_1f、点头位移φ_1f，后转向架构架的浮沉位移z_1r、点头位移φ_1r及车体的浮沉位移z₂、点头位移φ₂为坐标；以前转向架前、后车轮及后转向架前、后车轮处的轨道高低不平顺输入z₀₁(t)、z₀₂(t)、z₀₃(t)、z₀₄(t)为输入激励，其中，t为时间变量；建立高铁整车6自由度行驶垂向振动微分方程，即：

(2)构建高铁整车6自由度垂向振动协同优化仿真模型：

根据步骤(1)中所建立的高铁整车6自由度行驶垂向振动微分方程，利用Matlab/Simulink仿真软件，构建高铁整车6自由度垂向振动协同优化仿真模型；