高速轨道车辆座椅悬置最佳阻尼比的优化设计方法

文档序号:9432804阅读:397来源:国知局
高速轨道车辆座椅悬置最佳阻尼比的优化设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明设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优化 设计方法。
【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理论设计方法,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W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 尼比的优化设计方法,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优化设计方法,其设计流程图如图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优化 设计方法,其特征在于采用W下设计步骤: 阳0化](1)建立座椅悬置系统的垂向振动微分方程:
[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叫,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K1、垂向等效阻尼一系垂向减 振器的端部连接等效刚度Kdi;二系悬置的垂向刚度K2、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K3;待设计座椅悬置的阻尼比C,其中,座椅悬置 减振器的等效阻尼系数C= W-系垂向减振器活塞杆的垂向位移Zdi,转向架构 架质屯、的垂向位移Zi,二系垂向减振器活塞杆的垂向位移Zd2,车体质屯、的垂向位移Z2及座 椅面的垂向位移Z3为坐标;W轨道高低不平顺随机输入Zy为输入激励;建立座椅悬置系统 的垂向振动微分方程,即:
[0009] (2)构建座椅悬置系统的垂向振动优化设计仿真模型:
[0010] 根据步骤(1)中所建立的座椅悬置系统的垂向振动微分方程,利用Matl油/ Simulink仿真软件,构建座椅悬置系统的垂向振动优化设计仿真模型;
[0011] (3)建立座椅悬置最佳阻尼比的优化设计目标函数J:
[0012] 根据步骤(2)中所建立的座椅悬置系统的垂向振动优化设计仿真模型,W座椅悬 置阻尼比为设计变量,W轨道高低不平顺随机输入为输入激励,利用仿真所得到的座椅垂 向运动的振动加速度均方根值,建立座椅悬置最佳阻尼比的优化设计目标函数J,即:
[0013] ./=伊'
[0014] (4)座椅悬置最佳阻尼比C。的优化设计:
[0015] 根据步骤(2)中所建立的座椅悬置系统的垂向振动优化设计仿真模型,W轨道高 低不平顺随机输入Zy为输入激励,利用优化算法求步骤(3)中所建立座椅悬置最佳阻尼比 的优化设计目标函数J的最小值,所对应的设计变量即为座椅悬置系统的最佳阻尼比写。。
[0016] 本发明比现有技术具有的优点:
[0017] 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理论设计方法,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W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。
[0018] 本发明通过建立座椅悬置系统的垂向振动微分方程,利用MTLAB/Simulink仿真 软件,构建了座椅悬置系统的垂向振动优化设计仿真模型,并W轨道高低不平顺随机输入 为输入激励,W座椅垂向运动的振动加速度均方根值最小为设计目标,优化设计得到座椅 悬置系统的最佳阻尼比。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】
[0019] 为了更好地理解本发明下面结合附图做进一步的说明。
[0020] 图1是高速轨道车辆座椅悬置最佳阻尼比优化设计方法的设计流程图; 阳021] 图2是1/4车体-座椅行驶垂向振动模型图;
[0022] 图3是实施例的座椅悬置系统的垂向振动优化设计仿真模型;
[0023]图4是实施例所施加的德国轨道高低不平顺随机输入激励Zy。 具体实施方案
[0024] 下面通过一实施例对本发明作进一步详细说明。 阳0巧]某高速轨道车辆的1/4单节车体的空载质量ni2= 14398kg,单个转向架构架质 量的一半叫=1379kg,1/4单节车厢乘坐人员质量之和m3= 1593. 8kg; -系悬架的垂向 等效刚度Ki= 2. 74X10 6N/m、垂向等效阻尼。=28. 3kN.s/m; -系垂向减振器的端部 连接等效刚度Kdi= 40X10 6N/m;二系悬置的垂向刚度K2= 568.4kN/m、垂向阻尼C2= 59. 4kN.s/m;二系垂向减振器的端部连接刚度Kd2= 20Xl〇6N/m;座椅悬置的垂向等效刚度 而二566.
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