高速轨道车辆座椅及二系垂向悬置阻尼比的协同优化方法
【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及二系垂向悬置阻尼比 的协同优化方法。
【背景技术】
[0002] 座椅及二系垂向悬置系统的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，是设计座椅悬置减振器和二系垂向悬置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及二系垂向悬置阻尼比的设计，一直没有给出系统 的理论设计方法，大都是对座椅和二系垂向悬置系统分别单独进行研究，并借助计算机技 术，利用多体动力学仿真软件SMPACK或ADAMS/Rail，分别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，由于 座椅及二系垂向悬置是一个相互耦合的复杂系统，目前这种分别单独建模对其悬置阻尼比 进行设计的方法，难以使座椅及二系垂向悬置系统的阻尼比达到最佳匹配，且随着轨道车 辆行驶速度的不断提高，人们对座椅及二系垂向悬置阻尼比的设计提出了更高的要求，目 前座椅及二系垂向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 轨道车辆座椅及二系垂向悬置阻尼比的协同优化方法，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-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及二系垂向悬置阻尼比 的协同优化方法，其特征在于采用以下设计步骤：
[0005] (1)建立座椅及二系垂向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Ki、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K2;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;待设计二系垂向悬置的阻尼比I2，其中，二系垂向减振器
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23为坐标；以轨道高低不平顺随机输入Zv为输入激励；建立座椅及二系垂向悬置系 统的垂向振动微分方程，即：
[0009] (2)构建座椅及二系垂向悬置系统的垂向振动协同优化仿真模型：
[0010] 根据步骤（1)中所建立的座椅及二系垂向悬置系统的垂向振动微分方程，利用 Matlab/Simulink仿真软件，构建座椅及二系垂向悬置系统的垂向振动协同优化仿真模 型；
[0011] (3)建立座椅及二系垂向悬置阻尼比的协同优化目标函数J:
[0012] 根据步骤（2)中所建立的座椅及二系垂向悬置系统的垂向振动协同优化仿真模 型，以二系垂向悬置阻尼比和座椅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，利用仿真所得到的座椅垂向运动的振动加速度均方根值，座椅及二系垂向悬 置阻尼比的协同优化目标函数J，即：
[0013] / = <7.:':
[0014] (4)座椅悬置最优阻尼比Icis及二系垂向悬置最优阻尼比I。。的优化设计：
[0015] 根据步骤（2)中所建立的座椅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Azv为输入激励，利用优化算法求步骤（3)中所建立座椅及 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座椅悬置系 统的最优阻尼比UP二系垂向悬置系统的最优阻尼比I。。。
[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 国内外对于座椅及二系垂向悬置阻尼比的设计，一直没有给出系统的理论设计方法，大都 是对座椅和二系垂向悬置系统分别单独进行研究，并借助计算机技术，利用多体动力学仿 真软件SMPACK或ADAMS/Rail，分别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，由于座椅及二系垂向悬置是 一个相互耦合的复杂系统，目前这种分别单独建模对其悬置阻尼比进行设计的方法，难以 使座椅及二系垂向悬置系统的阻尼比达到最佳匹配，且随着轨道车辆行驶速度的不断提 高，人们对座椅及二系垂向悬置阻尼比的设计提出了更高的要求，目前座椅及二系垂向悬 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及二系垂向悬置系统的垂向振动微分方程，利用MATLAB/ Simulink仿真软件，构建了座椅及二系垂向悬置系统的垂向振动协同优化仿真模型，并以 轨道高低不平顺随机输入为输入激励，以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和二系垂向悬置的最优阻尼比。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和二系垂向悬置系统的最优阻尼比值，为 高速轨道车辆座椅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及二系垂向悬置阻尼比协同优化方法的设计流程图；
[0021] 图2是1/4车体-座椅彳丁驶垂向振动模型图；
[0022] 图3是实施例的座椅及二系垂向悬置系统的垂向振动协同优化仿真模型；
[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zv。 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。
[0025] 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Iii1= 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K1= 2. 74X10 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= 40X10 6N/m;二系悬置的垂向刚度K2= 568. 4kN/m;二系垂向减振器的端部连接 刚度Kd2= 20X10