高铁一系垂向减振器的最佳阻尼系数Ccidl= 17. 37kN. s/m，二系垂向减振器 的最佳阻尼系数Ccid2= 58. 45kN. s/m，二系横向减振器的最佳阻尼系数Cci2= 53. 69kN. s/m， 车体端部纵向减振器的最佳阻尼系数Cci3= 723. 73kN. s/m，车体端部横向减振器的最佳阻 尼系数Cot= 187. 25kN. s/m ;可知，利用协同优化方法所得到的高铁一系垂向减振器的最佳 阻尼系数Ccidl= 17. 45kN. s/m，二系垂向减振器的最佳阻尼系数C ^2= 58. 65kN. s/m，二系 横向减振器的最佳阻尼系数Cci2= 53. 8kN. s/m，车体端部纵向减振器的最佳阻尼系数C μ = 723. 9kN. s/m，车体端部横向减振器的最佳阻尼系数Cot= 187. 5kN. s/m，与SMPACK仿真验 证所得到的一系垂向减振器的最佳阻尼系数Ccidl= 17. 37kN. s/m，二系垂向减振器的最佳 阻尼系数Ccid2= 58. 45kN. s/m，二系横向减振器的最佳阻尼系数Cci2= 53. 69kN. s/m，车体端 部纵向减振器的最佳阻尼系数Cci3= 723. 73kN. s/m，车体端部横向减振器的最佳阻尼系数 Cm = 187. 25kN. s/m相吻合，两者偏差分别为0· 08kN. s/m、0. 2kN. s/m、0.1 lkN. s/m、0. 17kN. s/m、0. 25kN. s/m，相对偏差分别为 0· 46%、0. 34%、0. 205%、0. 023%、0. 13%，表明本发明 所提供的高铁一系和二系及端部减振器阻尼系数的协同优化方法是正确的。
【主权项】
1.高铁一系和二系及端部减振器阻尼系数的协同优化方法，其具体设计步骤如下： (1)建立高铁整车23自由度行驶振动微分方程： 根据高铁的单节车体的质量m3、点头转动惯量J34)、摇头转动惯量侧滚转动惯量 ?Lo;每台转向架构架的质量1112、点头转动惯量j24>、摇头转动惯量仏、侧滚转动惯量j2e;每 一轮对的质量叫、摇头转动惯量每一轮轴重w;每一轮对的横向蠕滑系数、纵向蠕滑 系数f2;每一轮对的纵向定位刚度Klx、横向定位刚度Kly;每台转向架单侧一系悬架的垂向 等效刚度Klz;每台转向架中央弹簧的纵向刚度K2x、横向定位刚度K2y;每台转向架二系悬置 的垂向等效刚度K2z;单个抗侧滚扭杆的扭转刚度Ke;-对抗蛇行减振器的阻尼系数Cs;待 设计每台转向架单侧一系垂向减振器的等效阻尼系数Cdl;待设计每台转向架二系垂向减 振器的等效阻尼系数Cd2;待设计每台转向架二系横向减振器的等效阻尼系数C2;待设计车 体端部纵向减振器的等效阻尼系数C3;待设计车体端部横向减振器的等效阻尼系数C」车 轮滚动半径r、车轮踏面斜度A;车辆行驶速度v;车轮和钢轨接触点横向间距的一半b，轮 轴定位弹簧横向安装间距的一半h，转向架中央弹簧横向安装间距的一半b2，抗蛇行减振 器横向安装间距的一半b3,车体纵向减振器横向安装间距的一半b4，车辆定距的一半a，转 向架轴距的一半a。，车体横向减振器纵向安装间距的一半1，车体上端端部纵向减振器到车 体质心的高度山，车体下端端部纵向减振器到车体质心的高度d2，车轴中心线到轨道平面 的高度h。，车体质心到中央弹簧上平面的高度h，车体质心到二系横向减振器的高度h2，中 央弹簧上平面到构架质心的高度h3，转向架构架质心到车轴中心线的高度h4，二系横向减 振器到构架质心的高度h5，车体端部横向减振器到车体质心的高度h6;分别以前转向架轮 对的质心〇lff、〇lfr，后转向架轮对的质心，前、后转向架构架的质心〇2f、〇2^S车体的 质心03为坐标原点；以前转向架前轮对的横摆位移ylff、摇头位移奶〃，前转向架后轮对的横 摆位移ylft、摇头位移后转向架前轮对的横摆位移ylrf、摇头位移脅I#后转向架后轮对 的横摆位移、摇头位移，前转向架构架的浮沉位移z2f、点头位移<i>2f、横摆位移y2f、 摇头位移，零、侧滚位移9 2f，后转向架构架的浮沉位移、点头位移、横摆位移、摇 头位移fh、侧滚位移0 &，及车体的浮沉位移Z3、点头位移巾3、横摆位移y3、摇头位移#3、侧 滚位移9 3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)、z04⑴和方向不平顺输入yal (t)、ya2 (t)、ya3 (t)、ya4⑴及水平不平顺 输入201(〇、202(〇、2 03(〇、204(〇为输入激励，其中4为时间变量；建立高铁整车23自 由度行驶振动微分方程，即： ① 前转向架前轮对的横摆振动方程：② 前转向架前轮对的摇头振动方程：③ 前转向架后轮对的横摆振动方程：④ 前转向架后轮对的摇头振动方程：⑤ 后转向架前轮对的横摆振动方程：⑥ 后转向架前轮对的摇头振动方程：⑦ 后转向架后轮对的横摆振动方程：⑧ 后转向架后轮对的摇头振动方程：⑨ 前转向架构架的浮沉振动方程：⑩ 前转向架构架的点头振动方程：?I前转向架构架的横摆振动方程：?]前转向架构架的侧滚振动方程：?]前转向架构架的摇头振动方程：?，后转向架构架的浮沉振动方程：?后转向架构架的点头振动方程：?，后转向架构架的横摆振动方程：?，后转向架构架的侧滚振动方程：⑩，后转向架构架的摇头振动方程：其中，h=ho+hi+l^+hw戀车体的摇头振动方程：(2) 构建高铁整车23自由度振动协同优化仿真模型： 根据步骤（1)中所建立的高铁整车23自由度行驶振动微分方程，利用Matlab/Simulink仿真软件，构建高铁整车23自由度振动协同优化仿真模型； (3) 建立高铁一系和二系及端部减振器的阻尼协同优化目标函数J: 根据步骤（2)中所建立的高铁整车23自由度振动协同优化仿真模型，以每台转向架单 侧一系垂向减振器的等效阻尼系数、每台转向架二系垂向减振器的等效阻尼系数、每台转 向架二系横向减振器的等效阻尼系数、车体端部纵向减振器的等效阻尼系数和车体端部横 向减振器的等效阻尼系数为设计变量，以各轮对处的轨道高低不平顺随机输入、方向不平 顺随机输入和水平不平顺随机输入为输入激励，利用仿真所得到的车体浮沉运动的振动频 率加权加速度均方根值0^、点头运动的振动频率加权加速度均方根值％、横摆运动的 振动频率加权加速度均方根值、侧滚运动的振动频率加权加速度均方根值°%及摇头 运动的振动频率加权加速度均方根值，建立高铁一系和二系及端部减振器的阻尼协同 优化目标函数J，即：式中，振动频率加权加速度均方根值％、％、@|5、％的系数l、〇. 4、1、 0. 63、0. 2,分别为车体浮沉运动、点头运动、横摆运动、侧滚运动、摇头运动的轴加权系数； 其中，在不同频率下振动频率加权加速度均方根值％、％的频率 加权值，分别为：(4)高铁一系和二系及端部减振器最佳阻尼系数的优化设计： ① 根据车辆定距的一半a，转向架轴距的一半a。，车辆行驶速度V，及步骤（2)中所建 立的高铁整车23自由度振动协同优化仿真模型，以各轮对处的轨道高低不平顺随机输入 z01 (t)、z02(t)、z03(t)、z04(t)、方向不平顺随机输入yal (t)、ya2(t)、ya3(t)、ya4(t)和水平不 平顺随机输入zei(t)、ze2(t)、ze3(t)、ze4(t)为输入激励，利用优化算法求步骤⑶中所 建立高铁一系和二系及端部减振器的阻尼协同优化目标函数J的最小值，所对应的设计变 量即为每台转向架单侧一系垂向减振器的最佳等效阻尼系数Cdl、每台转向架二系垂向减振 器的最佳等效阻尼系数Cd2、每台转向架二系横向减振器的最佳等效阻尼系数C2、车体端部 纵向减振器的最佳等效阻尼系数(：3和车体端部横向减振器的最佳等效阻尼系数C^② 根据每台转向架单侧一系垂向减振器的安装支数h、每台转向架二系垂向减振器的 安装支数n2、每台转向架二系横向减振器的安装支数n3，车体端部纵向减振器的安装支数n4，车体端部横向减振器的安装支数n5，及①步骤中优化设计所得到的每台转向架单侧一系 垂向减振器的最佳等效阻尼系数Cdl、每台转向架二系垂向减振器的最佳等效阻尼系数Cd2、 每台转向架二系横向减振器的最佳等效阻尼系数C2、车体端部纵向减振器的最佳等效阻尼 系数(：3和车体端部横向减振器的最佳等效阻尼系数Cp计算得到单支一系垂向减振器、二 系垂向减振器、二系横向减振器、车体端部纵向减振器和车体端部横向减振器的最佳阻尼 系数，分别为：C-二C必/叫，（^2=Cd2/n2, (：。2=C2/n3, (：。3=C3/n4,COT=Cr/n5。
【专利摘要】本发明涉及高铁一系和二系及端部减振器阻尼系数的协同优化方法，属于高速轨道车辆悬置技术领域。本发明通过构建高铁整车23自由度振动协同优化仿真模型，以轨道高低不平顺随机输入、方向不平顺随机输入和水平不平顺随机输入为输入激励，以车体振动加权加速度均方根值最小为设计目标，优化设计得到高铁一系和二系及端部减振器的最佳阻尼系数。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和二系及端部减振器的阻尼系数值，为高铁一系和二系及端部减振器阻尼系数的设计提供了可靠的设计方法。利用该方法，不仅可提高高铁悬置系统的设计水平和车辆行驶安全性及平稳性，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。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105117556
【申请号】CN201510560202
【发明人】周长城, 于曰伟, 赵雷雷
【申请人】山东理工大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年9月6日