本发明专利技术涉及高铁垂向及车体端部纵向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。本发明专利技术通过建立高铁整车6自由度垂向振动协同优化仿真模型，以轨道高低不平顺为输入激励，以车体垂向运动的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垂向、二系垂向和车体端部纵向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垂向、二系垂向和车体端部纵向减振器的阻尼系数值，为高铁一系垂向、二系垂向及车体端部纵向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，提高车辆行驶安全性和平稳性，还可降低产品设计及试验费用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及高速轨道车辆悬置，特别是高铁垂向及车体端部纵向减振器阻尼系数 的协同优化方法。
技术介绍
一系垂向减振器、二系垂向减振器及车体端部纵向减振器对高铁的乘坐舒适性和 安全性具有重要的影响。然而，据所查阅资料可知，由于高铁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，目前国内外对于高铁一系垂向、二系垂向及车体端部纵向 减振器阻尼系数的设计，一直没有给出系统的理论设计方法，大都是对一系垂向减振器、二 系垂向减振器和车体端部纵向减振器分别单独进行研究，并借助计算机技术，利用多体动 力学仿真软件SIMPACK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，由于一系垂向减振 器、二系垂向减振器及车体端部纵向减振器是一个相互禪合的复杂系统，目前运种分别单 独建模对其减振器阻尼系数进行设计的方法，难W使高铁一系垂向、二系垂向及车体端部 纵向减振器的阻尼系数达到最佳匹配，且随着高铁行驶速度的不断提高，人们对一系垂向、 二系垂向及车体端部纵向减振器阻尼系数的设计提出了更高的要求，目前高铁一系垂向、 二系垂向及车体端部纵向减振器阻尼系数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，满足轨道车辆不断提速情 况下对减振器设计的要求，提高高铁悬置系统的设计水平及产品质量，提高车辆乘坐舒适 性和安全性；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。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种准确、 可靠的，其设计流程图如图1所 示；高铁整车6自由度行驶垂向振动模型的主视图如图2所示，高铁整车6自由度行驶垂向 振动模型的左视图如图3所示。 为解决上述技术问题，本专利技术所提供的高铁垂向及车体端部纵向减振器阻尼系数 的协同优化方法，其特征在于采用W下设计步骤： (1)建立高铁整车6自由度行驶垂向振动微分方程： 根据高铁的单节车体的质量m2、点头转动惯量占4>;每台转向架构架的质量mi、点 头转动惯量14>;前转向架一系前悬架的垂向等效刚度Kwf、一系后悬架的垂向等效刚度 Kwf;后转向架一系前悬架的垂向等效刚度Ki"f、一系后悬架的垂向等效刚度Ki"f;前转向 架二系悬置的垂向等效刚度Khf;后转向架二系悬置的垂向等效刚度K2,f;待设计前转向架 一系前垂向减振器的等效阻尼系数Cdiff、后垂向减振器的等效阻尼系数Cdih;待设计后转向 架一系前垂向减振器的等效阻尼系数Cdw、后垂向减振器的等效阻尼系数Cdi";待设计前转 向架二系垂向减振器的等效阻尼系数Cd2f;待设计后转向架二系垂向减振器的等效阻尼系 数Cd2f;待设计车体端部纵向减振器的等效阻尼系数C3;车体上端端部纵向减振器到车体质 屯、的高度hi,车体下端端部纵向减振器到车体质屯、的高度h2,车辆定距的一半曰，转向架轴 距的一半a。;分别W前、后转向架构架及车体的质屯、〇1、〇2、〇3为坐标原点；W前转向架构架 的浮沉位移Zif、点头位移后转向架构架的浮沉位移Zif、点头位移d)If及车体的浮沉位 移Z2、点头位移42为坐标；W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Z。l(t)、Z。2(t)、Z。3(t)、Z。4(t)为输入激励，其中，t为时间变量；建立高铁整车6自由 度行驶垂向振动微分方程，即：[000引 似构建高铁整车6自由度垂向振动协同优化仿真模型： 根据步骤（1)中所建立的高铁整车6自由度行驶垂向振动微分方程，利用Matl油/ Simulink仿真软件，构建高铁整车6自由度垂向振动协同优化仿真模型； (3)建立高铁垂向及车体端部纵向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6自由度垂向振动协同优化仿真模型，W前转 向架一系前垂向减振器的等效阻尼系数、后垂向减振器的等效阻尼系数，后转向架一系前 垂向减振器的等效阻尼系数、后垂向减振器的等效阻尼系数，前转向架二系垂向减振器的 等效阻尼系数，后转向架二系垂向减振器的等效阻尼系数和车体端部纵向减振器的等效阻 尼系数为设计变量，W各轮对处的轨道高低不平顺随机输入为输入激励，利用仿真所得到 的车体浮沉运动的振动频率加权加速度均方根值巧^。及车体点头运动的振动频率加权加速 度均方根值^禹建立高铁垂向及车体端部纵向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^52、CT庭的系数1、〇. 4,分别为车体浮沉运 动、点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^堯 的频率加权值，分别为： (4)高铁垂向及车体端部纵向减振器最佳阻尼系数的优化设计： ①根据车辆定距的一半曰，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6自由度垂向振动协同优化仿真模型，W各轮对处的轨道高低不平顺随机 输入Z〇i(t)、Z〇2(t)、Z〇3(t)、Z〇4(t)为输入激励，矛IJ用优化算法求步骤（3)中所建立高铁垂向 及车体端部纵向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前转 向架一系前垂向减振器的最佳等效阻尼系数Cdiff、后垂向减振器的最佳等效阻尼系数Cdih， 后转向架一系前垂向减振器的最佳等效阻尼系数Cdw、后垂向减振器的最佳等效阻尼系数 Cdlff，前转向架二系垂向减振器的最佳等效阻尼系数Cd2f，后转向架二系垂向减振器的最佳 等效阻尼系数Cd2f和车体端部纵向减振器的最佳等效阻尼系数C3; 其中，轨道高低不平顺随机输入之间的关系为： ②根据每台转向架一系前垂向减振器的安装支数ni、后垂向减振器的安装支数 ri2,每台转向架二系垂向减振器的安装支数ri3,车体端部纵向减振器的安装支数ri4,及①步 骤中优化设计所得到的前转向架一系前垂向减振器的最佳等效阻尼系数Cdiff、后垂向减振 器的最佳等效阻尼系数Cdih，后转向架一系前垂向减振器的最佳等效阻尼系数Cdw、后垂向 减振器的最佳等效阻尼系数Cdiff，前转向架二系垂向减振器的最佳等效阻尼系数Cd2f，后转 向架二系垂向减振器的最佳等效阻尼系数Cd2f和车体端部纵向减振器的最佳等效阻尼系 数C3,计算得到单支前转向架一系前垂向减振器、后垂向减振器，后转向架一系前垂向减振 器、后垂向减振器，前转向架二系垂向减振器，后转向架二系垂向减振器和车体端部纵向减 振器的最佳阻尼系数，分别为：C〇iff=Cdiff/Hi，C〇ifr= 0新/〇2,C〇lrf二Cdlrf/lli，C〇irr=Cdirr/ 〇2，C〇2f-Cd2f/n3，C〇2r-〔d2r/n3，C〇3 -〔3/114。 本专利技术比现有技术具有的优点： 由于高铁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 外对于高铁一系垂向、二系垂向及车体端部纵向减振器阻尼系数的设计，一直没有给出系 统的理论设计方法，大都是对一系垂向减振器、二系垂向减振器和车体端部纵向减振器分 别单独进行研究，并借助计算机技术，利用本文档来自技高网...
【技术保护点】
高铁垂向及车体端部纵向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6自由度行驶垂向振动微分方程：根据高铁的单节车体的质量m2、点头转动惯量J2φ；每台转向架构架的质量m1、点头转动惯量J1φ；前转向架一系前悬架的垂向等效刚度K1zff、一系后悬架的垂向等效刚度K1zfr；后转向架一系前悬架的垂向等效刚度K1zrf、一系后悬架的垂向等效刚度K1zrr；前转向架二系悬置的垂向等效刚度K2zf；后转向架二系悬置的垂向等效刚度K2zr；待设计前转向架一系前垂向减振器的等效阻尼系数Cd1ff、后垂向减振器的等效阻尼系数Cd1fr；待设计后转向架一系前垂向减振器的等效阻尼系数Cd1rf、后垂向减振器的等效阻尼系数Cd1rr；待设计前转向架二系垂向减振器的等效阻尼系数Cd2f；待设计后转向架二系垂向减振器的等效阻尼系数Cd2r；待设计车体端部纵向减振器的等效阻尼系数C3；车体上端端部纵向减振器到车体质心的高度h1，车体下端端部纵向减振器到车体质心的高度h2，车辆定距的一半a，转向架轴距的一半a0；分别以前、后转向架构架及车体的质心O1、O2、O3为坐标原点；以前转向架构架的浮沉位移z1f、点头位移φ1f，后转向架构架的浮沉位移z1r、点头位移φ1r及车体的浮沉位移z2、点头位移φ2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)、z04(t)为输入激励，其中，t为时间变量；建立高铁整车6自由度行驶垂向振动微分方程，即：m2z··2+Cd2f(z·2-z·1f-aφ·2)+Cd2r(z·2-z·1r+aφ·2)+K2zf(z2-z1f-aφ2)+K2zr(z2-z1f+aφ2)=0J2φφ··2-Cd2fa(z·2-z·1f-aφ·2)+Cd2ra(z·2-z·1r+aφ·2)-K2zfa(z2-z1f-aφ2)+C3h1φ·2+C3h2φ·2+K2zra(z2-z1f+aφ2)=0m1z··1f-Cd2f(z·2-z·1f-aφ·2)-K2zf(z2-z1f-aφ2)+Cd1ff[z·1f-z·01(t)-a0φ·1f]+Cd1fr[z·1f-z·02(t)+a0φ·1f]+K1zff[z1f-z01(t)-a0φ1f]+K1zfr[z1f-z02(t)+a0φ1f]=0J1φφ··1f-Cd1ffa0[z·1f-z·01(t)-a0φ·1f]+Cd1fra0[z·1f-z·02(t)+a0φ·1f]-K1zffa0[z1f-z01(t)-a0φ1f]+K1zfra0[z1f-z02(t)+a0φ1f]=0m1z··1r-Cd2r(z·2-z·1r+aφ·2)-K2zr(z2-z1r+aφ2)+Cd1rf[z·1r-z·03(t)-a0φ·1r]+Cd1rr[z·1r-z·04(t)+a0φ·1r]+K1zrf[z1r-z03(t)-a0φ1r]+K1zrr[z1r-z04(t)+a0φ1r]=0J1φφ·&...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，于曰伟，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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