高速轨道车辆座椅悬置最佳阻尼比的解析计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高速轨道车辆悬置，特别是高速轨道车辆座椅悬置最佳阻尼比的解析 计算方法。
【背景技术】
[0002] 座椅悬置系统阻尼比对高速轨道车辆的乘坐舒适性具有重要的影响，其设计或选 取，是设计座椅悬置系统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 座椅悬置最佳阻尼比的设计，一直没有给出系统的解析计算方法，大都是借助计算机技术， 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 行驶速度的不断提高，人们对座椅悬置阻尼比的设计提出了更高的要求，目前座椅悬置阻 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、可靠的高速轨道车辆座椅悬置最佳阻 尼比的解析计算方法，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；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】
[0003] 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、 可靠的高速轨道车辆座椅悬置最佳阻尼比的解析计算方法，其计算流程图如图1所示；1/4 车体-座椅行驶垂向振动模型图如图2所示。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所提供的高速轨道车辆座椅悬置最佳阻尼比的解析 计算方法，其特征在于采用以下设计步骤：
[0005] (1)确定座椅垂向振动位移频率响应函数〃(少)_; Zt ;
[0006] 根据轨道车辆的1/4单节车体的空载质量m2，单个转向架构架质量的一半nv 1/4 单节车厢乘坐人员质量之和m3;-系悬架的垂向等效刚度K i、垂向等效阻尼C1;一系垂向减 振器的端部连接等效刚度Kdl;二系悬置的垂向刚度K 2、垂向阻尼C2;二系垂向减振器的端 部连接刚度Kd2;座椅悬置的垂向等效刚度K 3;待设计座椅悬置的阻尼比ξ，其中，座椅悬置 减振器的等效阻尼系数6 = 2$/^ ;利用1/4车体-座椅行驶垂向振动模型，以轨道高低 不平顺随机输入Zv为输入激励；以一系垂向减振器活塞杆的垂向位移ζ dl，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，车体质心的垂向位移Z2及座椅面的 垂向位移2 3为输出；确定座椅垂向振动位移z 3对轨道高低不平顺随机输入z v的频率响应 函数//(jw)_ :，.即： CN 105138784 A 说明书 2/9 页
[0025] (2)建立座椅悬置最佳阻尼比的目标函数J( ξ ):
[0026] 根据车辆行驶速度V，轨道高低不平顺大小幅值参数G，及步骤（1)中所确定的 座椅垂向振动位移频率响应函数. v，建立座椅悬置最佳阻尼比的目标函数J( ξ )， 即：
[0027]
[0028] (3)建立座椅悬置最佳阻尼比目标函数J ( ξ )的解析表达式：
[0029] 根据步骤（2)中所建立的目标函数Κξ)，通过积分运算，建立座椅悬置最佳阻尼 比目标函数J(I)的解析表达式，即：
[0030]
[0031] 式中， CN 105138784 A h/l 3/y 贝
[0034]其中， CN 105138784 A ^ 4/y 贝
[0052] (4)座椅悬置最佳阻尼比ξ。的解析计算：
[0053] 根据车辆参数，及步骤（3)中所建立的座椅悬置最佳阻尼比目标函数J( ξ )的解 CN 105138784 A 兄明书 5/9 页 析表达式，利用MATLAB，求解
的正实数根，便可得到座椅悬置系统的最佳阻尼比 ^ 〇°
[0054] 本发明比现有技术具有的优点：
[0055] 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 国内外对于座椅悬置最佳阻尼比的设计，一直没有给出系统的解析计算方法，大都是借助 计算机技术，利用多体动力学仿真软件SMPACK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， 随着轨道车辆行驶速度的不断提高，人们对座椅悬置阻尼比的设计提出了更高的要求，目 前座椅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，不能满足轨道车辆不断 提速情况下对减振器设计要求的发展。
[0056] 本发明通过建立轨道车辆1/4车体-座椅行驶垂向振动模型，利用随机振动理论 建立了座椅悬置最佳阻尼比的目标函数，并通过解析计算，得到座椅悬置系统的最佳阻尼 比。通过设计实例及SMPACK仿真验证可知，该方法可得到准确可靠的座椅悬置系统的最 佳阻尼比值，为高速轨道车辆座椅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及产品质量，提高车辆乘坐舒适性；同时，还 可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。
【附图说明】
[0057] 为了更好地理解本发明下面结合附图做进一步的说明。
[0058] 图1是高速轨道车辆座椅悬置最佳阻尼比解析计算方法的计算流程图；
[0059] 图2是1/4车体-座椅彳丁驶垂向振动模型图；
[0060] 图3是实施例的σ；2 /(O)随座椅悬置系统阻尼比ξ变化的曲线。 具体实施方案
[0061] 下面通过一实施例对本发明作进一步详细说明。
[0062] 某高速轨道车辆的1/4单节车体的空载质量m2= 14398kg，单个转向架构架质 量的一半Hi1= 1379kg，1/4单节车厢乘坐人员质量之和m 3= 1593. 8kg ; -系悬架的垂向 等效刚度K1= 2. 74X 10 6N/m、垂向等效阻尼C1= 28. 3kN. s/m ; -系垂向减振器的端部 连接等效刚度Kdl= 40X 10 6N/m;二系悬置的垂向刚度K2