高速軌道車(chē)輛座椅及二系垂向懸置阻尼比的協(xié)同優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高速軌道車(chē)輛懸置，特別是高速軌道車(chē)輛座椅及二系垂向懸置阻尼比 的協(xié)同優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 座椅及二系垂向懸置系統(tǒng)的阻尼比對(duì)高速軌道車(chē)輛的乘坐舒適性具有重要的影 響，其設(shè)計(jì)或選取，是設(shè)計(jì)座椅懸置減振器和二系垂向懸置減振器閥系參數(shù)所依據(jù)的重要 參數(shù)。然而，據(jù)所查閱資料可知，由于軌道車(chē)輛屬于多自由度振動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分 析計(jì)算非常困難，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于座椅及二系垂向懸置阻尼比的設(shè)計(jì)，一直沒(méi)有給出系統(tǒng) 的理論設(shè)計(jì)方法，大都是對(duì)座椅和二系垂向懸置系統(tǒng)分別單獨(dú)進(jìn)行研究，并借助計(jì)算機(jī)技 術(shù)，利用多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件SMPACK或ADAMS/Rail，分別通過(guò)實(shí)體建模來(lái)優(yōu)化和確定其 大小，盡管該方法可以得到比較可靠的仿真數(shù)值，使車(chē)輛具有較好的動(dòng)力性能，然而，由于 座椅及二系垂向懸置是一個(gè)相互耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，目前這種分別單獨(dú)建模對(duì)其懸置阻尼比 進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法，難以使座椅及二系垂向懸置系統(tǒng)的阻尼比達(dá)到最佳匹配，且隨著軌道車(chē) 輛行駛速度的不斷提高，人們對(duì)座椅及二系垂向懸置阻尼比的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，目 前座椅及二系垂向懸置阻尼比設(shè)計(jì)的方法不能給出具有指導(dǎo)意義的創(chuàng)新理論，不能滿(mǎn)足軌 道車(chē)輛不斷提速情況下對(duì)減振器設(shè)計(jì)要求的發(fā)展。因此，必須建立一種準(zhǔn)確、可靠的高速 軌道車(chē)輛座椅及二系垂向懸置阻尼比的協(xié)同優(yōu)化方法，滿(mǎn)足軌道車(chē)輛不斷提速情況下對(duì)減 振器設(shè)計(jì)的要求，提高高速軌道車(chē)輛懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平及產(chǎn)品質(zhì)量，提高車(chē)輛乘坐舒適 性；同時(shí)，降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)及試驗(yàn)費(fèi)用，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，增強(qiáng)我國(guó)軌道車(chē)輛的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng) 爭(zhēng)力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種準(zhǔn)確、 可靠的高速軌道車(chē)輛座椅及二系垂向懸置阻尼比的協(xié)同優(yōu)化方法，其設(shè)計(jì)流程圖如圖1所 示；1/4車(chē)體-座椅行駛垂向振動(dòng)模型圖如圖2所示。
[0004] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所提供的高速軌道車(chē)輛座椅及二系垂向懸置阻尼比 的協(xié)同優(yōu)化方法，其特征在于采用以下設(shè)計(jì)步驟：
[0005] (1)建立座椅及二系垂向懸置系統(tǒng)的垂向振動(dòng)微分方程：
[0006] 根據(jù)軌道車(chē)輛的1/4單節(jié)車(chē)體的空載質(zhì)量m2，單個(gè)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架質(zhì)量的一半叫，1/4 單節(jié)車(chē)廂乘坐人員質(zhì)量之和m3;-系懸架的垂向等效剛度Ki、垂向等效阻尼C1;一系垂向 減振器的端部連接等效剛度Kdl;二系懸置的垂向剛度K2;二系垂向減振器的端部連接剛度 Kd2;座椅懸置的垂向等效剛度K3;待設(shè)計(jì)二系垂向懸置的阻尼比I2，其中，二系垂向減振器
垂向位移Z1，二系垂向減振器活塞桿的垂向位移Zd2，車(chē)體質(zhì)心的垂向位移Z2及座椅面的垂 向位移23為坐標(biāo)；以軌道高低不平順隨機(jī)輸入Zv為輸入激勵(lì)；建立座椅及二系垂向懸置系 統(tǒng)的垂向振動(dòng)微分方程，即：
[0009] (2)構(gòu)建座椅及二系垂向懸置系統(tǒng)的垂向振動(dòng)協(xié)同優(yōu)化仿真模型：
[0010] 根據(jù)步驟（1)中所建立的座椅及二系垂向懸置系統(tǒng)的垂向振動(dòng)微分方程，利用 Matlab/Simulink仿真軟件，構(gòu)建座椅及二系垂向懸置系統(tǒng)的垂向振動(dòng)協(xié)同優(yōu)化仿真模 型；
[0011] (3)建立座椅及二系垂向懸置阻尼比的協(xié)同優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)J:
[0012] 根據(jù)步驟（2)中所建立的座椅及二系垂向懸置系統(tǒng)的垂向振動(dòng)協(xié)同優(yōu)化仿真模 型，以二系垂向懸置阻尼比和座椅懸置阻尼比為設(shè)計(jì)變量，以軌道高低不平順隨機(jī)輸入為 輸入激勵(lì)，利用仿真所得到的座椅垂向運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)加速度均方根值，座椅及二系垂向懸 置阻尼比的協(xié)同優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)J，即：
[0013] / = <7.:':
[0014] (4)座椅懸置最優(yōu)阻尼比Icis及二系垂向懸置最優(yōu)阻尼比I。。的優(yōu)化設(shè)計(jì)：
[0015] 根據(jù)步驟（2)中所建立的座椅及二系垂向懸置系統(tǒng)的垂向振動(dòng)協(xié)同優(yōu)化仿真模 型，以軌道高低不平順隨機(jī)輸Azv為輸入激勵(lì)，利用優(yōu)化算法求步驟（3)中所建立座椅及 二系垂向懸置阻尼比的協(xié)同優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)J的最小值，所對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)變量即為座椅懸置系 統(tǒng)的最優(yōu)阻尼比UP二系垂向懸置系統(tǒng)的最優(yōu)阻尼比I。。。
[0016] 本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)：
[0017] 由于軌道車(chē)輛屬于多自由度振動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算非常困難，目前 國(guó)內(nèi)外對(duì)于座椅及二系垂向懸置阻尼比的設(shè)計(jì)，一直沒(méi)有給出系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)方法，大都 是對(duì)座椅和二系垂向懸置系統(tǒng)分別單獨(dú)進(jìn)行研究，并借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用多體動(dòng)力學(xué)仿 真軟件SMPACK或ADAMS/Rail，分別通過(guò)實(shí)體建模來(lái)優(yōu)化和確定其大小，盡管該方法可以 得到比較可靠的仿真數(shù)值，使車(chē)輛具有較好的動(dòng)力性能，然而，由于座椅及二系垂向懸置是 一個(gè)相互耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，目前這種分別單獨(dú)建模對(duì)其懸置阻尼比進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法，難以 使座椅及二系垂向懸置系統(tǒng)的阻尼比達(dá)到最佳匹配，且隨著軌道車(chē)輛行駛速度的不斷提 高，人們對(duì)座椅及二系垂向懸置阻尼比的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，目前座椅及二系垂向懸 置阻尼比設(shè)計(jì)的方法不能給出具有指導(dǎo)意義的創(chuàng)新理論，不能滿(mǎn)足軌道車(chē)輛不斷提速情況 下對(duì)減振器設(shè)計(jì)要求的發(fā)展。
[0018] 本發(fā)明通過(guò)建立座椅及二系垂向懸置系統(tǒng)的垂向振動(dòng)微分方程，利用MATLAB/ Simulink仿真軟件，構(gòu)建了座椅及二系垂向懸置系統(tǒng)的垂向振動(dòng)協(xié)同優(yōu)化仿真模型，并以 軌道高低不平順隨機(jī)輸入為輸入激勵(lì)，以座椅垂向運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)加速度均方根值最小為設(shè)計(jì) 目標(biāo)，優(yōu)化設(shè)計(jì)得到座椅懸置和二系垂向懸置的最優(yōu)阻尼比。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)例及SMPACK仿 真驗(yàn)證可知，該方法可得到準(zhǔn)確可靠的座椅懸置和二系垂向懸置系統(tǒng)的最優(yōu)阻尼比值，為 高速軌道車(chē)輛座椅和二系垂向懸置阻尼比的設(shè)計(jì)提供了可靠的設(shè)計(jì)方法。利用該方法，不 僅可提高高速軌道車(chē)輛懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平及產(chǎn)品質(zhì)量，提高車(chē)輛乘坐舒適性；同時(shí)，還可 降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)及試驗(yàn)費(fèi)用，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，增強(qiáng)我國(guó)軌道車(chē)輛的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 為了更好地理解本發(fā)明下面結(jié)合附圖做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0020] 圖1是高速軌道車(chē)輛座椅及二系垂向懸置阻尼比協(xié)同優(yōu)化方法的設(shè)計(jì)流程圖；
[0021] 圖2是1/4車(chē)體-座椅彳丁駛垂向振動(dòng)模型圖；
[0022] 圖3是實(shí)施例的座椅及二系垂向懸置系統(tǒng)的垂向振動(dòng)協(xié)同優(yōu)化仿真模型；
[0023] 圖4是實(shí)施例所施加的德國(guó)軌道高低不平順隨機(jī)輸入激勵(lì)zv。 具體實(shí)施方案
[0024] 下面通過(guò)一實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0025] 某高速軌道車(chē)輛的1/4單節(jié)車(chē)體的空載質(zhì)量m2= 14398kg，單個(gè)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架質(zhì)量 的一半Iii1= 1379kg，1/4單節(jié)車(chē)廂乘坐人員質(zhì)量之和m3= 1593. 8kg;-系懸架的垂向等效 剛度K1= 2. 74X10 6N/m、垂向等效阻尼C1= 28. 3kN.s/m;-系垂向減振器的端部連接等效 剛度Kdl= 40X10 6N/m;二系懸置的垂向剛度K2= 568. 4kN/m;二系垂向減振器的端部連接 剛度Kd2= 20X10