Ai ;-系垂向减振器的端部连接等效刚度Kdl= 40 X 10 6N/m，二系垂向减振器 的端部连接等效刚度Kd2= 20X 10 6N/m;待设计一系垂向悬架的阻尼比为I1，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为ξ2，其中，二系垂 向减振器的阻尼系数
。该高速轨道车辆一系及二系垂向悬置阻尼比设计所要 求的车辆行驶速度V = 300km/h，对该高速轨道车辆一系及二系垂向悬置的最优阻尼比进 行设计。
[0026] 本发明实例所提供的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， 其设计流程图如图1所示，1/4车体四自由度行驶垂向振动模型图如图2所示，具体步骤如 下：
[0027] (1)建立1/4车体四自由度行驶垂向振动微分方程：
[0028] 根据轨道车辆的1/4单节车体的满载质量m2= 14398kg，单个转向架构架质量 的一半Hi1= 1379kg ;-系垂向悬架的等效刚度K 2. 74X 10 6N/m ;二系垂向悬置的刚度 K2= 5. 68X 10 5N/m;待设计一系垂向悬架的阻尼比I1，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Kdl= 40Χ 10 6N/m，二系垂向减振器的 端部连接等效刚度Kd2= 20X 106N/m ;以一系垂向减振器活塞杆的垂向位移Zdl，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z 2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：
[0029] UiN 丄丄OUlUO Λ _/·!·? 吁/吁 X
[0030]
[0031] (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：
[0032] 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，如图3 所示；
[0033] (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 :
[0034] 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：
[0035]
[0036] (4) 一系垂向悬架最优阻尼比及二系垂向悬置最优阻尼比ξ ^。的优化设计：
[0037] 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Az 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，优化设计得到一系垂向悬架系统的 最优阻尼比ξ 0. 3308,二系垂向悬置系统的最优阻尼比ξ。。= 0. 2220 ;
[0038] 其中，车辆行驶速度V = 300km/h时，所施加的德国轨道高低不平顺随机输入激励 zv，如图4所示。
[0039] 根据实施例所提供的车辆参数，利用轨道车辆专用软件SMPACK，通过实体建模仿 真验证可得，该高速轨道车辆一系垂向悬架系统的最优阻尼比I cib= 0.3282,二系垂向悬 置系统的最优阻尼比ξ。。= 〇. 2183 ;可知，利用协同优化方法所得到的一系垂向悬架系统 的最优阻尼比Icib= 0. 3308,二系垂向悬置系统的最优阻尼比ξ。。= 0. 2220,与S頂PACK 仿真验证所得到的一系垂向悬架系统的最优阻尼比ξ Λ= 0. 3282,二系垂向悬置系统的最 优阻尼比ξ。。= 0. 2183相吻合，两者偏差分别为0. 0026、0. 0037,相对偏差分别为0. 79%、 1.69%，表明所建立的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是正确 的。
【主权项】
1.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;-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ξ i，其中，一系 垂向减振器的等效阻尼系数I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Kdl，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zdl，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ζ 2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，BP :(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 - I (4) 一系垂向悬架最优阻尼比Icib及二系垂向悬置最优阻尼比ξ ^。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ζν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Icib和二系垂向悬置系统的最优阻尼比ξ。。。
【专利摘要】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。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105160103
【申请号】CN201510559503
【发明人】周长城, 于曰伟
【申请人】山东理工大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月6日