[发明专利]高速轨道车辆二系垂向悬置最优阻尼比的优化设计方法

摘要

本发明涉及高速轨道车辆二系垂向悬置最优阻尼比的优化设计方法，属于高速轨道车辆悬置技术领域。本发明通过构建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为输入激励，以车体和转向架构架垂向运动的振动加速度均方根值最小为设计目标，优化设计得到基于舒适性和基于安全性的二系垂向悬置系统的最佳阻尼比，进而计算得到二系垂向悬置的最优阻尼比。通过设计实例及SIMPACK仿真验证可知，该方法可得到准确可靠的二系垂向悬置系统的最优阻尼比值，为轨道车辆二系垂向悬置阻尼比的设计提供了可靠的设计方法。利用该方法，不仅可提高高速轨道车辆悬置系统的设计水平和车辆乘坐舒适性及安全性，还可降低产品设计及试验费用。

主权项

高速轨道车辆二系垂向悬置最优阻尼比的优化设计方法，其具体设计步骤如下：(1)建立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；一系垂向悬架的等效刚度K1、等效阻尼系数C1；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，二系垂向减振器的阻尼系数一系垂向减振器的端部连接等效刚度Kd1，二系垂向减振器的端部连接等效刚度Kd2；以一系垂向减振器活塞杆的垂向位移zd1，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zd2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zv为输入激励；建立1/4车体四自由度行驶垂向振动微分方程，即：m2z··2+K2(z2-z1)+Kd2(z2-zd2)=0C2(z·d2-z·1)-Kd2(z2-zd2)=0m1z··1+K1(z1-zv)+Kd1(z1-zd1)+K2(z1-z2)+C2(z·1-z·d2)=0C1(z·d1-z·v)-Kd1(z1-zd1)=0;]]>(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)建立基于舒适性的二系垂向悬置最佳阻尼比的优化设计目标函数Jc：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质心垂向运动的振动加速度均方根值建立基于舒适性的二系垂向悬置最佳阻尼比的优化设计目标函数Jc，即：Jc=σz··2;]]>(4)建立基于安全性的二系垂向悬置最佳阻尼比的优化设计目标函数Js：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，利用仿真所得到的转向架构架质心垂向运动的振动加速度均方根值建立基于安全性的二系垂向悬置最佳阻尼比的优化设计目标函数Js，即：Js=σz··1;]]>(5)二系垂向悬置最优阻尼比ξo的优化设计：①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zv为输入激励，利用优化算法求步骤(3)中所建立基于舒适性的二系垂向悬置最佳阻尼比的优化设计目标函数Jc的最小值，所对应的设计变量即为基于舒适性的二系垂向悬置系统的最佳阻尼比ξoc；②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zv为输入激励，利用优化算法求步骤(4)中所建立基于安全性的二系垂向悬置最佳阻尼比的优化设计目标函数Js的最小值，所对应的设计变量即为基于安全性的二系垂向悬置系统的最佳阻尼比ξos；③根据①步骤中优化得到的基于舒适性的二系垂向悬置系统的最佳阻尼比ξoc，及②步骤中优化得到的基于安全性的二系垂向悬置系统的最佳阻尼比ξos，利用黄金分割原理，计算得到偏舒适性的二系垂向悬置系统的最优阻尼比ξo，即：ξo＝ξoc+(1‑0.618)(ξos‑ξoc)。