本发明专利技术涉及高铁座椅和一系及二系垂向悬置阻尼比的协同优化方法，属于高速轨道车辆悬置技术领域。本发明专利技术通过构建座椅和一系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入为输入激励，以座椅垂向振动加速度均方根值最小为设计目标，优化设计得到高铁座椅悬置和一系及二系垂向悬置的最优阻尼比。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高铁座椅悬置和一系及二系垂向悬置系统的最优阻尼比值，为高铁座椅和一系及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，不仅可提高高铁悬置系统的设计水平和车辆乘坐舒适性，还可缩短产品设计周期，增强我国轨道车辆的国际市场竞争力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高速轨道车辆悬置，特别是高铁座椅和一系及二系垂向悬置阻尼比的 协同优化方法。
技术介绍
座椅和一系及二系垂向悬置系统的阻尼比对高铁的乘坐舒适性具有重要的影响， 其设计或选取，是设计座椅减振器和一系垂向减振器、二系垂向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座椅和一系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，大都是对座椅悬置、一系垂向悬架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SIMPACK或ADAMS/Rai 1，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，由于座椅和一系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，难以使高铁座椅及一系、二系垂向 悬置系统的阻尼比达到最佳匹配，且随着高铁行驶速度的不断提高，人们对座椅及一系、二 系垂向悬置阻尼比的设计提出了更高的要求，目前高铁座椅和一系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、可靠的高铁座椅和一系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，提高高铁悬置系 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。
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；1/4车体-座椅行驶垂向振动模型图如图2所示。 为解决上述技术问题，本专利技术所提供的高铁座椅和一系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： (1)建立座椅和一系及二系垂向悬置系统的垂向振动微分方程： 根据高铁的1/4单节车体的空载质量m2，单个转向架构架质量的一半nv 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;一系垂向减振器的端部连接 等效刚度K dl;二系悬置的垂向刚度K 2;二系垂向减振器的端部连接刚度K d2;座椅悬置的 垂向等效刚度K3;待设计一系垂向悬架的阻尼比ξ i，其中，一系垂向减振器的等效阻尼系数 待设计二系垂向悬置的阻尼比ξ2，其中，二系垂向减振器的等效阻尼系 数 ；待设计座椅悬置的阻尼比ξ3，其中，座椅悬置减振器的等效阻尼系数 CN 105138785 A 兄明书 2/5 页;以一系垂向减振器活塞杆的垂向位移Zdl，转向架构架质心的垂向位移Z 1, 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z 3为 坐标；以轨道高低不平顺随机输入Zv为输入激励；建立座椅和一系及二系垂向悬置系统的 垂向振动微分方程，即： (2)构建座椅和一系及二系垂向悬置系统的垂向振动协同优化仿真模型： 根据步骤（1)中所建立的座椅和一系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，构建座椅和一系及二系垂向悬置系统的垂向振动协同优 化仿真模型； ⑶建立座椅和一系及二系垂向悬置阻尼比的协同优化目标函数J : 根据步骤（2)中所建立的座椅和一系及二系垂向悬置系统的垂向振动协同优化 仿真模型，以一系垂向悬架阻尼比、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，建立座椅和一系及二系垂向悬置阻尼比的协同优化目标函数J，即： ?/二 σ_': (4)座椅悬置最优阻尼比及一系、二系垂向悬置最优阻尼比ξ Ici。的优化 设计： 根据步骤（2)中所建立的座椅和一系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入Z v为输入激励，利用优化算法求步骤（3)中所建立 座椅和一系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I cis，一系垂向悬架系统的最优阻尼比UP二系垂向悬置 系统的最优阻尼比ξ。。。 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 外对于高铁座椅和一系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，大都是对座椅悬置、一系垂向悬架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， 由于座椅和一系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，难以使高铁座椅及一系、二系垂向悬置系统的阻尼比达到最 佳匹配，且随着高铁行驶速度的不断提高，人们对座椅及一系、二系垂向悬置阻尼比的设计 提出了更高的要求，目前高铁座椅和一系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。 本专利技术通过建立座椅和一系及二系垂向悬置系统的垂向振动微分方程，利用 MATLAB/SimuI ink仿真软件，构建了座椅和一系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，优化设计得到高铁座椅悬置和一系及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高铁座椅悬置和一系及 二系垂向悬置系统的最优阻尼比值，为高铁座椅和一系及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，不仅可提高高铁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】 为了更好地理解本专利技术下面结合附图做进一步的说明。 图1是高铁座椅和一系及二系垂向悬置阻尼比协同优化方法的设计流程图； 图2是1/4车体-座椅彳丁驶垂向振动模型图； 图3是实施例的座椅和一系及二系垂向悬置系统的垂向振动协同优化仿真模型； 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 下面通过一实施例对本专利技术作进一步详细说明。 某高铁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K J = 2. 74X IO6NAi ;-系垂向减振器的端部连接等效刚度Kdl= 40X 10 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= 20X 10 6N/m ;座椅悬置的垂向等 效刚度K3= 566. 27kN/m;待设计一系垂向悬架的阻尼比为ξ i，其中，一系垂向减振器的等效阻尼系本文档来自技高网...
【技术保护点】
高铁座椅和一系及二系垂向悬置阻尼比的协同优化方法，其具体设计步骤如下：(1)建立座椅和一系及二系垂向悬置系统的垂向振动微分方程：根据高铁的1/4单节车体的空载质量m2，单个转向架构架质量的一半m1，1/4单节车厢乘坐人员质量之和m3；一系悬架的垂向等效刚度K1；一系垂向减振器的端部连接等效刚度Kd1；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；待设计一系垂向悬架的阻尼比ξ1，其中，一系垂向减振器的等效阻尼系数待设计二系垂向悬置的阻尼比ξ2，其中，二系垂向减振器的等效阻尼系数待设计座椅悬置的阻尼比ξ3，其中，座椅悬置减振器的等效阻尼系数以一系垂向减振器活塞杆的垂向位移zd1，转向架构架质心的垂向位移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z3为坐标；以轨道高低不平顺随机输入zv为输入激励；建立座椅和一系及二系垂向悬置系统的垂向振动微分方程，即：m3z··3+K3(z3-z2)+C3(z·3-z·2)=0m2z··2+K2(z2-z1)+Kd2(z2-zd2)+K3(z2-z3)+C3(z·2-z·3)=0C2(z·d2-z·1)-Kd2(z2-zd2)=0m1z··1+K1(z1-zv)+Kd1(z1-zd1)+K2(z1-z2)+C2(z·1-z·d2)=0C1(z·d1-z·v)-Kd1(z1-zd1)=0;]]>其中，C1=2ξ1K1m1,C2=2ξ2K2m2,C3=2ξ3K3m3;]]>(2)构建座椅和一系及二系垂向悬置系统的垂向振动协同优化仿真模型：根据步骤(1)中所建立的座椅和一系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，构建座椅和一系及二系垂向悬置系统的垂向振动协同优化仿真模型；(3)建立座椅和一系及二系垂向悬置阻尼比的协同优化目标函数J：根据步骤(2)中所建立的座椅和一系及二系垂向悬置系统的垂向振动协同优化仿真模型，以一系垂向悬架阻尼比、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建立座椅和一系及二系垂向悬置阻尼比的协同优化目标函数J，即：J=σz··3;]]>(4)座椅悬置最优阻尼比ξos及一系、二系垂向悬置最优阻尼比ξob、ξoc的优化设计：根据步骤(2)中所建立的座椅和一系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入zv为输入激励，利用优化算法求步骤(3)中所建立座椅和一系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ξos，一系垂向悬架系统的最优阻尼比ξob和二系垂向悬置系统的最优阻尼比ξoc。...
【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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