高速轨道车辆一系及二系垂向悬置阻尼比的协同优化方法

摘要

本发明涉及高速轨道车辆一系及二系垂向悬置阻尼比的协同优化方法，属于高速轨道车辆悬置技术领域。本发明通过构建一系及二系垂向悬置系统的垂向振动协同优化仿真模型，以轨道高低不平顺随机输入为输入激励，以车体垂向运动的振动加速度均方根值最小为设计目标，优化设计得到一系垂向悬架和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一系垂向悬架和二系垂向悬置系统的最优阻尼比值，为高速轨道车辆一系和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，还可降低产品设计及试验费用，增强我国轨道车辆的国际市场竞争力。

主权项

高速轨道车辆一系及二系垂向悬置阻尼比的协同优化方法，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；二系垂向悬置的刚度K₂；待设计一系垂向悬架的阻尼比ξ₁，其中，一系垂向减振器的等效阻尼系数待设计二系垂向悬置的阻尼比ξ₂，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K_d1，二系垂向减振器的端部连接等效刚度K_d2；以一系垂向减振器活塞杆的垂向位移z_d1，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1/4车体四自由度行驶垂向振动微分方程，即：$\left\{\begin{array}{c}{m}_2{\stackrel{··}{z}}_2+K_2(z_2-z_1)+K_{d2}(z_2-z_{d2})=0\\ C_2({\stackrel{·}{z}}_{d2}-{\stackrel{·}{z}}_1)-K_{d2}(z_2-z_{d2})=0\\ m_1{\stackrel{··}{z}}_1+K_1(z_1-z_v)+K_{d1}(z_1-z_{d1})+K_2(z_1-z_2)+C_2({\stackrel{·}{z}}_1-{\stackrel{·}{z}}_{d2})=0\\ C_1({\stackrel{·}{z}}_{d1}-{\stackrel{·}{z}}_v)-K_{d1}(z_1-z_{d1})=0\end{array}\right.;$其中，$C_1=2{\xi }_1\sqrt{K_1{m}_1},$$C_2=2{\xi }_2\sqrt{K_2{m}_2};$(2)构建一系及二系垂向悬置系统的垂向振动协同优化仿真模型：根据步骤(1)中所建立的1/4车体四自由度行驶垂向振动微分方程，利用Matlab/Simulink仿真软件，构建一系及二系垂向悬置系统的垂向振动协同优化仿真模型；(3)建立一系及二系垂向悬置阻尼比的协同优化目标函数J：根据步骤(2)中所建立的一系及二系垂向悬置系统的垂向振动协同优化仿真模型，以一系垂向悬架阻尼比和二系垂向悬置阻尼比为设计变量，以轨道高低不平顺随机输入为输入激励，利用仿真所得到的车体垂向运动的振动加速度均方根值建立一系及二系垂向悬置阻尼比的协同优化目标函数J，即：$J={\sigma }_{{\stackrel{··}{z}}_2};$(4)一系垂向悬架最优阻尼比ξ_ob及二系垂向悬置最优阻尼比ξ_oc的优化设计：根据步骤(2)中所建立的一系及二系垂向悬置系统的垂向振动协同优化仿真模型，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)中所建立一系及二系垂向悬置阻尼比的协同优化目标函数J的最小值，所对应的设计变量即为一系垂向悬架系统的最优阻尼比ξ_ob和二系垂向悬置系统的最优阻尼比ξ_oc。