横摆振动模型图如图2所示，具体步骤如下：
[0033] (1)建立1/2车体行驶横摆振动微分方程：
[0034] 根据轨道车辆的1/2单节车体的满载质量ni3= 31983kg，单个转向架构架的质量 ni2= 2758kg，轮对的等效质量m1 = 3442kg，每一轮轴重W= 150000N;-系轮对横向定位弹 黃的等效刚度Kiy= 9784000N/m，中央黃的等效刚度K2y= 180000N/m;待设计二系横向悬置 的阻尼比C，其中，二系横向减振器的安装支数为2、等效阻尼系数G=2x|^妾车 轮和钢轨接触点横向间距的一半b= 0. 7465m，车轮踏面等效斜度A= 0. 15,车轮的横向 蠕滑系数fi= 16990000N，车辆行驶速度V= 300km/h;W轮对质屯、的横摆位移y1，转向架 构架质屯、的横摆位移72,车体质屯、的横摆位移y3为坐标；W轨道方向不平顺随机输入y。为 输入激励；建立1/2车体行驶横摆振动微分方程，即：
[0037] (2)构建二系横向悬置系统的横摆振动优化设计仿真模型：
[0038] 根据步骤（1)中所建立的1/2车体行驶横摆振动微分方程，利用Matl油/Simulink 仿真软件，构建二系横向悬置系统的横摆振动优化设计仿真模型，如图3所示；
[0039] (3)建立基于舒适性的二系横向悬置最佳阻尼比的优化设计目标函数J。：
[0040] 根据步骤（2)中所建立的二系横向悬置系统的横摆振动优化设计仿真模型，W二 系横向悬置阻尼比为设计变量，W轨道方向不平顺随机输入为输入激励，利用仿真所得到 的车体横摆运动的振动加速度均方根值中:，，建立基于舒适性的二系横向悬置最佳阻尼比 的优化设计目标函数J。，即： W41] -%!
[0042] (4)建立基于安全性的二系横向悬置最佳阻尼比的优化设计目标函数心
[0043] 根据步骤（2)中所建立的二系横向悬置系统的横摆振动优化设计仿真模型，W二 系横向悬置阻尼比为设计变量，W轨道方向不平顺随机输入为输入激励，利用仿真所得到 的车轮横摆运动的振动加速度均方根值'建立基于安全性的二系横向悬置最佳阻尼比 的优化设计目标函数1，即：
[0044] '人二。.;':1 ; W45] 妨二系横向悬置最优阻尼比C。的优化设计：
[0046] ①根据步骤（2)中所建立的二系横向悬置系统的横摆振动优化设计仿真模型，W 轨道方向不平顺随机输入y。为输入激励，利用优化算法求步骤（3)中所建立基于舒适性的 二系横向悬置最佳阻尼比的优化设计目标函数J。的最小值，优化设计得到基于舒适性的二 系横向悬置系统的最佳阻尼比C。。= 0. 24769 ;
[0047] 其中，车辆行驶速度V= 300km/h时，所施加的德国轨道方向不平顺随机输入激励 y。，如图4所示；
[0048]②根据步骤（2)中所建立的二系横向悬置系统的横摆振动优化设计仿真模型，W 轨道方向不平顺随机输入y。为输入激励，利用优化算法求步骤（4)中所建立基于安全性的 二系横向悬置最佳阻尼比的优化设计目标函数Js的最小值，优化设计得到基于安全性的二 系横向悬置系统的最佳阻尼比CM= 0. 4897 ;
[0049] 其中，车辆行驶速度V= 300km/h时，所施加的德国轨道方向不平顺随机输入激励 y。，如图4所示；
[0050] ③根据①步骤中优化得到的基于舒适性的二系横向悬置系统的最佳阻尼比写。。 =0.24769,及
[0051] ②步骤中优化得到的基于安全性的二系横向悬置系统的最佳阻尼比= 0.4897,利用黄金分割原理，计算得到偏舒适性的二系横向悬置系统的最优阻尼比C。，即：
[0052]写。=I〇c+(i-〇. 618) U OS- C J = 0.：3401。
[0053] 根据实施例所提供的车辆参数，利用轨道车辆专用软件SIMPACK，通过实体建模仿 真验证可得，该高速轨道车辆二系横向悬置系统的最优阻尼比C。= 0. 3420 ;可知，利用优 化设计方法所得到的二系横向悬置系统的最优阻尼比C。= 0. 3401，与SIMPACK仿真验证 所得到的最优阻尼比C。= 0. 3420相吻合，两者偏差仅为0. 0019,相对偏差仅为0. 56%， 表明所建立的高速轨道车辆二系横向悬置最优阻尼比的优化设计方法是正确的。
【主权项】
1.高速轨道车辆二系横向悬置最优阻尼比的优化设计方法，其具体设计步骤如下： (1) 建立1/2车体行驶横摆振动微分方程： 根据轨道车辆的1/2单节车体的满载质量m3，单个转向架构架的质量m2，轮对的等 效质量Hi1，每一轮轴重W;-系轮对横向定位弹簧的等效刚度Kly，中央簧的等效刚度K2y; 待设计二系横向悬置的阻尼比I，其中，二系横向减振器的安装支数为n、等效阻尼系数;车轮和钢轨接触点横向间距的一半b，车轮踏面等效斜度A，车轮的横 向懦滑系数A，车辆行驶速度V;以轮对质心的横摆位移Y1，转向架构架质心的横摆位移y2， 车体质心的横摆位移73为坐标；以轨道方向不平顺随机输入ya为输入激励；建立1/2车体 行驶横摆振动微分方程，即：(2) 构建二系横向悬置系统的横摆振动优化设计仿真模型： 根据步骤（1)中所建立的1/2车体行驶横摆振动微分方程，利用Matlab/Simulink仿 真软件，构建二系横向悬置系统的横摆振动优化设计仿真模型； (3) 建立基于舒适性的二系横向悬置最佳阻尼比的优化设计目标函数J。： 根据步骤（2)中所建立的二系横向悬置系统的横摆振动优化设计仿真模型，以二系横 向悬置阻尼比为设计变量，以轨道方向不平顺随机输入为输入激励，利用仿真所得到的车 体横摆运动的振动加速度均方根值7?，建立基于舒适性的二系横向悬置最佳阻尼比的优 化设计目标函数J。，即： (4) 建立基于安全性的二系横向悬置最佳阻尼比的优化设计目标函数Js: 根据步骤（2)中所建立的二系横向悬置系统的横摆振动优化设计仿真模型，以二系横 向悬置阻尼比为设计变量，以轨道方向不平顺随机输入为输入激励，利用仿真所得到的车 轮横摆运动的振动加速度均方根值％, ★建立基于安全性的二系横向悬置最佳阻尼比的优 化设计目标函数Js，即： (5) 二系横向悬置最优阻尼比L的优化设计： ① 根据步骤（2)中所建立的二系横向悬置系统的横摆振动优化设计仿真模型，以轨道 方向不平顺随机输入ya为输入激励，利用优化算法求步骤（3)中所建立基于舒适性的二系 横向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基于舒适性 的二系横向悬置系统的最佳阻尼比I。。； ② 根据步骤（2)中所建立的二系横向悬置系统的横摆振动优化设计仿真模型，以轨道 方向不平顺随机输入ya为输入激励，利用优化算法求步骤（4)中所建立基于安全性的二系 横向悬置最佳阻尼比的优化设计目标函数1的最小值，所对应的设计变量即为基于安全性 的二系横向悬置系统的最佳阻尼比Icls; ③根据①步骤中优化得到的基于舒适性的二系横向悬置系统的最佳阻尼比I。。，及② 步骤中优化得到的基于安全性的二系横向悬置系统的最佳阻尼比IM，利用黄金分割原理， 计算得到偏舒适性的二系横向悬置系统的最优阻尼比I。，即： €。= €。。+(1_0. 618) (Uoc)。
【专利摘要】本发明涉及高速轨道车辆二系横向悬置最优阻尼比的优化设计方法，属于高速轨道车辆悬置技术领域。本发明通过建立1/2车体行驶横摆振动微分方程，利用MATLAB/Simulink仿真软件，构建了二系横向悬置系统的横摆振动优化设计仿真模型，并以轨道方向不平顺随机输入为输入激励，以车体和车轮横摆运动的振动加速度均方根值最小为设计目标，优化设计得到基于舒适性和基于安全性的二系横向悬置系统的最佳阻尼比，进而计算得到其最优阻尼比。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二系横向悬置系统的最优阻尼比值，为高速轨道车辆二系横向悬置阻尼比的设计提供了可靠的设计方法。利用该方法，可提高轨道车辆悬置系统的设计水平及车辆乘坐舒适性和安全性。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105224718
【申请号】CN201510560163
【发明人】周长城, 于曰伟
【申请人】山东理工大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年9月6日