车辆悬架最佳阻尼匹配减振器设计_周长城
基于车-椅耦合的转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化
基于车-椅耦合的转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化
周长城;于曰伟;赵雷雷
【期刊名称】《北京交通大学学报》
【年(卷),期】2016(040)006
【摘要】针对高速列车转向架垂向悬挂系统中存在的阻尼匹配问题，根据1/4车
体-座椅垂向行驶振动模型，利用Matlab/Simulink建立了转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计仿真模型.以人体振动舒适性最佳为目标，建立了转向架一系和
二系垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计数学模型.以轨道高低不平顺作为输入激励，以一系及二系悬挂垂向行程和一系悬挂动静态力之比为约束条件，建立了基于转向架车体-座椅耦合的转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计方法.通过设计实例及仿真验证可知，优化后高速列车的乘坐舒适性显著提高，座椅垂向振动加权加速度均方根值降低了21.7%，表明所建立的优化设计方法是正确的.
【总页数】8页(P89-96)
【作者】周长城;于曰伟;赵雷雷
【作者单位】山东理工大学交通与车辆工程学院，山东淄博 255049;山东理工大学交通与车辆工程学院，山东淄博 255049;山东理工大学交通与车辆工程学院，山东淄博 255049
【正文语种】中文
【中图分类】U260.1
【相关文献】
1.高速列车一系垂向悬挂系统最佳阻尼比的解析计算 [J], 周长城;于曰伟;赵雷雷
2.高铁转向架垂向悬挂系统阻尼比的协同优化 [J], 周长城;于曰伟;赵雷雷
3.有轨电车二系垂向悬挂系统阻尼比优化 [J], 于曰伟;周长城;赵雷雷
4.地铁二系垂向悬挂系统最佳阻尼比的解析计算 [J], 周长城;于曰伟;赵雷雷
5.二系悬挂条件下的车-路垂向耦合系统的动力模型 [J], 梁波;罗红;马学宁
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履带车辆半主动油气悬架最佳阻尼匹配
履带车辆半主动油气悬架最佳阻尼匹配韩寿松;晁智强;刘相波;李华莹;宁初明【摘要】为实现不同行驶工况下半主动油气悬架最佳阻尼的匹配,建立了匹配目标和约束条件.基于多系统联合仿真方法,构建了动力学、液压、控制及道路等模型;并验证了模型的合理性.仿真分析了比例节流阀节流面积对行驶平顺性、悬架动行程及发热功率的影响,得出了使驾驶员处振动最小的最佳阻尼参数.分析表明该值随路况恶化、车速增加而减小,为保证车辆最佳的行驶平顺性,需要设计更大的悬架动行程和散热功率.研究结论为履带车辆半主动油气悬架结构改进及阻尼优化控制提供了依据.%In order to match the optimum damping for varied running conditions of the tracked vehicle,the damping optimization target and the constraints are established.Based on the multi-system co-simulation,the vehicle multi-body dynamic system,the suspension hydraulic and control systems and the road models are constructed.Test verification of single suspension unit is accomplished and the suspension parameters are tuned.The vehicle virtual road tests at different speeds and roads are conducted.Effects of the flowing area of the proportional throttle valve on the ride comfort,suspension stroke and the heating power are researched.The optimum flowing areas which make the arms on the driver seat be minimum at varied riding conditions are achieved.The comparative analysis shows the optimum flowing area decreases as the road roughness deteriorates and the vehicle speed increases.To satisfy the demand of semi-active control aiming at improving the vehicle ride comfort,the suspension stroke range and the heat dissipating power should beincreased through redesign.The research results may provide useful references for the damping optimal control and structure redesign of a tracked vehicle semi-active hydro-pneumatic suspension system.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2017(017)031【总页数】7页(P80-86)【关键词】履带车辆;半主动油气悬架;最佳阻尼匹配;联合仿真【作者】韩寿松;晁智强;刘相波;李华莹;宁初明【作者单位】装甲兵工程学院机械工程系,北京100072;装甲兵工程学院机械工程系,北京100072;装甲兵工程学院机械工程系,北京100072;装甲兵工程学院机械工程系,北京100072;装甲兵工程学院机械工程系,北京100072【正文语种】中文【中图分类】TJ811半主动油气悬架可根据车辆的行驶状况对阻尼进行实时调节，能有效提高车辆的行驶平顺性和操稳性。
汽车减振器阻尼系数与悬架系统阻尼比的匹配
汽车减振器阻尼系数与悬架系统阻尼比的匹配
韦勇;阳杰;容一鸣
【期刊名称】《武汉理工大学学报（信息与管理工程版）》
【年(卷),期】2000(022)006
【摘要】阐述了双轴汽车减振器阻尼系数与悬架系统阻尼比匹配设计的原则,论述了悬架减振器外特性的匹配设计要求和设计方法,并对某实际车型进行了减振器阻尼系数与悬架系统阻尼比匹配分析及改进设计.通过道路试验验证了改进设计的结果是可行的.
【总页数】4页(P22-25)
【作者】韦勇;阳杰;容一鸣
【作者单位】柳州五菱汽车有限责任公司,技术中心,广西,柳州,545007;武汉汽车工业大学,机电工程学院,湖北,武汉,430070;武汉汽车工业大学,机电工程学院,湖北,武汉,430070
【正文语种】中文
【中图分类】U463.33
【相关文献】
1.汽车减振器与悬架系统的匹配研究 [J], 薛玉斌;王树军;王一臣
2.汽车悬架减振器最佳阻尼匹配研究 [J], 王天利;王雪;陈双;邓丹
3.双轴汽车减振器阻尼系数与悬架系统阻尼比匹配设计研究 [J], 韦勇
4.多工况汽车悬架减振器性能试验台驱动系统匹配研究 [J], 王天利;孙晓帮;刘潜;
王磊
5.汽车悬架阻尼匹配研究及减振器设计 [J], 徐伟;周长城;孟婕;赵雷雷
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悬架杠杆比对油气弹簧阀系设计参数的影响
悬架杠杆比对油气弹簧阀系设计参数的影响周长城1, 2(1. 山东理工大学交通与车辆工程学院, 淄博 255049;2. 北京理工大学机械与车辆工程学院, 北京 100081)摘 要: 为了把握车辆悬架杠杆比对阀系设计参数的影响和变化规律, 以便加快具有不同悬架杠杆比的油气弹簧阀系参数设计, 文中利用油气弹簧节流阀片厚度和节流缝隙与悬架杠杆比之间的关系式, 建立了杠杆比阀系参数影响系数。
对杠 杆比对阀片设计厚度和节流缝隙大小的影响进行了分析, 并建立了阀系参数影响系数推算设计方法。
通过实例, 利用解析 设计和影响系数推算设计方法, 分别对阀系参数进行了设计, 并对两种方法的设计值进行了比较, 对设计油气弹簧进行了 特性试验。
参数设计和特性试验结果表明: 在实际情况下, 油气弹簧阀片设计厚度和节流缝隙与悬架杠杆比之间可线性化, 杠杆比影响系数推算设计方法是准确可靠的, 可加快油气弹簧开发设计速度。
关键词: 车辆; 油气弹簧; 阀系参数; 线性化; 悬架杠杆比 中图分类号: T H 703. 63 文献标识码: A 文章编号: 100226819 (2007) 1220135205 周长城. 悬架杠杆比对油气弹簧阀系设计参数的影响 [J . 农业工程学报, 2007, 23 (12) : 135- 139.Zho u C h a n gch e n g . In f l uen ce s o f su sp e n si o n leve r ra t i o o n de s ign p a r am e t e r s o f h y d r o 2p n eu m a t i c sp r i n g va l ve s [ J .T ran sac t i o n s o f th e C S A E , 2007, 23 (12) : 135- 139. ( i n C h in e s e w ith E n g l ish ab st r ac t )计油气弹簧阀系参数, 是目前油气弹簧设计中迫切需要 解决的问题。
汽车悬架用减振器设计指南精品文档10页
悬架用减振器设计指南一、功用、结构：1、功用减振器是产生阻尼力的主要元件,其作用是迅速衰减汽车的振动,改善汽车的行驶平顺性,增强车轮和地面的附着力.另外,减振器能够降低车身部分的动载荷,延长汽车的使用寿命.目前在汽车上广泛使用的减振器主要是筒式液力减振器,其结构可分为双筒式,单筒充气式和双筒充气式三种. 导向机构的作用是传递力和力矩,同时兼起导向作用.在汽车的行驶过程当中,能够控制车轮的运动轨迹。
汽车悬架系统中弹性元件的作用是使车辆在行驶时由于不平路面产生的振动得到缓冲，减少车身的加速度从而减少有关零件的动负荷和动应力。
如果只有弹性元件，则汽车在受到一次冲击后振动会持续下去。
但汽车是在连续不平的路面上行驶的，由于连续不平产生的连续冲击必然使汽车振动加剧，甚至发生共振，反而使车身的动负荷增加。
所以悬架中的阻尼必须与弹性元件特性相匹配。
2、产品结构定义：①减振器总成一般由：防尘罩、油封、导向座、阀系、储油缸筒、工作缸筒、活塞杆构成。
②奇瑞现有的减振器总成形式：二、设计目的及要求：1、相关术语*减振器利用液体在流经阻尼孔时孔壁与油液间的摩擦和液体分子间的摩擦形成对振动的阻尼力,将振动能量转化为热能,进而达到衰减汽车振动,改善汽车行驶平顺性，提高汽车的操纵性和稳定性的一种装置。
*阻尼特性减振器在规定的行程和试验频率下，作相对简谐运动，其阻力（F）与位移（S）的关系为阻尼特性。
在多种速度下所构成的曲线（F-S）称示功图。
*速度特性减振器在规定的行程和试验频率下，作相对简谐运动，其阻力（F）与速度（V）的关系为速度特性。
在多种速度下所构成的曲线（F-V）称速度特性图。
*温度特性减振器在规定速度下，并在多种温度的条件下，所测得的阻力（F）随温度（t）的变化关系为温度特性。
其所构成的曲线（F-t）称温度特性图。
*耐久特性减振器在规定的工况下，在规定的运转次数后，其特性的变化称为耐久特性。
*气体反弹力对于充气减振器，活塞杆从最大极限长度位置下压到减振器行程中心时，气体作用于活塞杆上的力为气体反弹力。
基于车-椅耦合的转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化
基于车-椅耦合的转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化周长城;于曰伟;赵雷雷【摘要】针对高速列车转向架垂向悬挂系统中存在的阻尼匹配问题，根据1/4车体-座椅垂向行驶振动模型，利用Matlab/Simulink建立了转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计仿真模型.以人体振动舒适性最佳为目标，建立了转向架一系和二系垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计数学模型.以轨道高低不平顺作为输入激励，以一系及二系悬挂垂向行程和一系悬挂动静态力之比为约束条件，建立了基于转向架车体-座椅耦合的转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计方法.通过设计实例及仿真验证可知，优化后高速列车的乘坐舒适性显著提高，座椅垂向振动加权加速度均方根值降低了21.7%，表明所建立的优化设计方法是正确的.%For the problem of the optimal damping matching of high-speed train bogie vertical sus-pension system,according to the 1/4 body-seat vertical vibration model of high-speed train,using Matlab/Simulink,a collaborative optimal design simulation model for damping ratio of bogie ver-tical suspension is established.Taking optimal ride comfort as target,a collaborative optimal de-sign mathematical model for damping ratio of bogie vertical suspension is built.The track vertical irregularity as input,the primary and secondary suspension vertical stroke and the ratio of dy-namic and static force for primary suspension as constraint conditions,a collaborative optimiza-tion design method for damping ratio of bogie vertical suspension damping ratio based on bogie-body-seat coupling is presented.With a practical example of high-speed train,the damping ratiois designed and validated by simulation.The results show that the ridecomfort of high-speed train has been significantly improved under the damping ratio optimized and the seat vertical fre-quency-weighed RMS (Root Mean Square)acceleration value is reduced by 21.7%.Thus,the collaborative optimization method is correct.【期刊名称】《北京交通大学学报》【年(卷),期】2016(040)006【总页数】8页(P89-96)【关键词】高速列车;转向架;垂向悬挂系统;协同优化;转向架-车体-座椅耦合【作者】周长城;于曰伟;赵雷雷【作者单位】山东理工大学交通与车辆工程学院，山东淄博 255049;山东理工大学交通与车辆工程学院，山东淄博 255049;山东理工大学交通与车辆工程学院，山东淄博 255049【正文语种】中文【中图分类】U260.1一系和二系垂向悬挂系统作为高速列车转向架垂向悬挂系统的重要组成部分,其阻尼匹配对高速列车的运行平稳性和安全性具有重要影响[1-3]．然而,由于受高速列车悬挂系统最优阻尼匹配理论的制约,目前国内外对于高速列车转向架垂向悬挂系统阻尼比的设计,大都是将一系和二系垂向悬挂系统分别单独进行研究,并根据经验在可行性设计区间选择某一系和二系垂向悬挂系统阻尼比值,然后利用多体动力学软件SIMPACK或ADAMS/Rail通过实体建模仿真,根据主观和客观加以综合判断,最终确定某设计值[4-6]．虽然利用该方法所得到的一系和二系垂向悬挂系统的阻尼比值,可使车辆满足当前行驶工况的要求,然而并非是转向架垂向悬挂系统的最佳阻尼匹配值．随着高速列车行驶速度的不断提高,对车辆的乘坐舒适性和运行安全性提出了更高的设计要求,目前转向架垂向悬挂系统阻尼匹配的设计方法不能给出具有指导意义的创新理论,不能满足高速列车发展及半主动和主动悬挂系统设计的要求．目前,国内外很多学者已对轨道车辆转向架垂向悬挂系统进行了大量的研究,但这些研究主要是针对其减振器阻尼系数进行的,主要采用的方法有控制设计理论法、智能优化设计法和建模仿真优化法．例如,文献[7-8]分别利用H∞和LOG控制算法对轨道车辆的一系垂向悬挂系统进行研究,给出了基于控制设计理论的一系垂向悬挂系统减振器的最佳阻尼系数优化设计值．文献[9-10]分别利用H∞和分散控制技术给出了二系垂向悬挂系统减振器的最佳阻尼系数优化设计值．文献[11-16]分别利用遗传算法,神经网络算法,全局优化算法,稳健性设计,多目标优化方法等对轨道车辆悬挂系统进行优化设计,给出了基于智能优化方法的一系和二系垂向悬挂系统减振器的最佳阻尼系数优化设计值．文献[17-18]分别利用ANSYS和Matlab对轨道车辆悬挂系统进行优化设计,给出了基于建模仿真的一系和二系垂向悬挂系统悬挂参数的优化值．虽然这些研究能够给出一系或二系垂向悬挂系统减振器的最佳阻尼系数设计值,但所建立的振动模型中未考虑车体与座椅之间的相互耦合或减振器端部连接结构的弹性作用,且未给出具有指导意义的转向架一系及二系垂向悬挂系统阻尼比的设计理论．因此,目前转向架一系和二系垂向悬挂系统阻尼比的设计方法无法满足高速列车转向架垂向悬挂系统最佳阻尼匹配的要求．本文作者根据1/4车体-座椅垂向行驶振动模型,通过高速列车行驶平稳性和安全性分析,以座椅垂向振动加权加速度均方根值最小为优化目标,对高速列车转向架垂向悬挂系统阻尼比进行研究,并结合实例,对一系和二系垂向悬挂系统阻尼比进行优化设计及仿真验证．1.1 模型的建立由于轨道车辆对称于其纵轴线,且对于单节车体,其转向架系统的轮对、一系及二系悬挂前后、左右对称分布．当悬挂特性是线性时,车辆小角度侧滚产生的左右垂向悬挂反力是反对称的,从而不会因此产生连带的垂向附加运动,故在分析转向架垂向悬挂及座椅悬置对座椅频率响应和平顺性的影响时,可将轨道车辆整车行驶振动模型简化为1/4车体-座椅垂向行驶振动模型,如图1所示．其中,考虑了一系及二系垂向减振器的端部连接刚度,坐标原点位于各自静平衡位置．图1中,m1为单个转向架构架质量的一半;m2为单节车体满载质量的1/4;m3为单节车厢乘坐人员质量与座椅质量之和的1/4;K1,K2分别为每台转向架单侧一系和二系垂向悬挂弹簧的等效刚度;K3为单节车体座椅悬置弹簧等效刚度的1/4;C1,C2分别为每台转向架单侧一系和二系垂向减振器的等效阻尼系数;C3为单节车体座椅悬置系统减振器等效阻尼系数的1/4;Kd1,Kd2分别为每台转向架单侧一系和二系垂向减振器的端部连接等效刚度;zd1,zd2分别为一系和二系垂向减振器的活塞杆垂向位移;z1,z2,z3分别为转向架构架,车体,座椅面的垂向位移;zv为轨道高低不平顺随机输入．1.2 车-椅垂向振动微分方程根据所建立的1/4车体-座椅垂向行驶振动模型,在不计轮-轨耦合及减振器质量情况下,利用牛顿第二定律,建立车体-座椅垂向振动微分方程,即利用式(1)可对在轨道激励下的高速列车行驶振动响应及转向架垂向悬挂系统阻尼比的优化设计进行研究．2.1 轨道高低不平顺轨道不平顺是轮轨系统的激扰源,是引起机车车辆产生振动和轮轨作用力的主要原因,对行车安全性、稳定性、舒适性、车辆和轨道部件的寿命及环境噪声等都具有重要的影响,其中,轨道高低不平顺是引起机车车辆产生垂向振动的主要原因．近年来,国内外对于轨道随机不平顺已进行了大量的研究,应用较为成熟、广泛的主要有美国六级轨道谱和德国高速轨道谱[19],由于美国六级轨道谱对低速轨道线路的拟合程度较高,而德国高速轨道谱对高速轨道线路的拟合程度较高,因此,本文作者采用德国高低不平顺轨道谱作为高速列车垂向振动的轨道输入．根据文献[20],可知高低不平顺轨道谱以空间频率形式表示为式中:Sv(Ω)为轨道高低不平顺功率谱密度;Ω为轨道不平顺的空间频率;Av为轨道粗糙度系数;Ωc、Ωr为截断空间频率．参数设置如表1所示,德国高低不平顺轨道谱的功率谱密度随空间频率变化曲线如图2所示．其中:低干扰谱适合250 km/h及以上车速,高干扰谱适合250 km/h以下车速．由图2可知,高干扰轨道高低不平顺功率谱密度与低干扰的变化趋势相同,只是在相同空间频率下,高干扰的幅值比低干扰的高．2.2 轨道高低不平顺时域样本的模拟合成目前国内外对于轨道不平顺时域样本的模拟合成,主要采用的方法有二次滤波法、三角级数法、白噪声滤波法及基于功率谱密度采样的轨道不平顺数值模拟新方法等[19]．由于二次滤波法缺乏通用性,三角级数法和白噪声滤波法是将轨道不平顺看作平稳高斯随机过程,与实际情况不完全相符,因此本文采用对轨道线路拟合程度高，且能够真实反映线路实际情况的基于功率谱密度采样的轨道不平顺数值模拟新方法，对轨道高低不平顺时域样本进行合成,其中,功率谱密度值Sxx(k)在离散的采样点上与信号的频谱关系为[19]式中:X(k)为时间序列{xs}的频谱;k,s=0,1,2,…,N-1．由于铁路轨道不平顺功率谱密度函数均为单边谱,所以在进行轨道谱合成时,首先要将其转化为双边谱Sx(f)．设轨道不平顺的最短波长为λmin,最长波长为λmax,车辆的最高运行速度为vmax,则最高时间频率为fmax=vmax/λmin,最低时间频率为fmin=vmax/λmax．由于机车车辆的自振主频一般在1.0 Hz左右,所以应确保fmin<1.0 Hz,因此,根据采样定理,可知采样周期Δt≤1/(2fmax)．设模拟的总时间为T,则时域采样点数为T/Δt,一般需在末尾添零以保证采样点数为2的整数次幂,即Nr．由周期图法估计出的功率谱具有周期性,且为偶对称序列．因此,最后形成以Nr/2为对称中心的偶对称序列Sx(f=kΔf),k=0,1,2,…,Nr-1,Δf=1/(NrΔt)．其中,周期功率谱密度采样图,如图3所示．由式(3)可知,时域序列的频谱模值为由于时间序列X(k)为一随机过程,其频谱相位具有随机性．设εn为独立相位序列,它的各分量均值为零,由于实序列的快速傅里叶变换为复序列(实部偶对称,虚部奇对称),所以εn应为复数,且有|εn|=1,因此设式中,φn服从0～2π的均匀分布．又因为X(k)的实部关于Nr/2偶对称,虚部关于Nr/2奇对称,所以只需求出0～Nr/2的频谱,由式(4)和式(5)可得式中,k=0,1,…,Nr/2．根据式(6),由对称条件可得到X(k),其中,k=0,1,2,…,Nr-1．将得到的复序列X(k)进行傅里叶逆变换,即可得到轨道不平顺时域函数的模拟样本,即例如,以德国高低不平顺轨道谱为例,其解析表达式如式(2)所示,参数值如表1所示．利用上述基于功率谱密度采样的轨道不平顺数值模拟新方法,可得车辆运行速度为300 km/h时的轨道高低不平顺时域模拟序列及其功率谱密度曲线,分别如图4、图5所示．由图4和图5可知,轨道高低不平顺幅值在-7～7 mm范围内变化,且所合成的德国轨道高低不平顺的功率谱密度模拟值与原解析值几乎完全一致,说明该方法所模拟的轨道线路能够真实反映轨道线路的实际情况．3.1 舒适性评价指标为了对高速列车转向架垂向悬挂系统的阻尼比进行优化设计,首先必须明确人体振动舒适性评价指标．目前,国内外最常用的人体舒适性和健康评价指标为ISO 2631标准[21]中规定的加权加速度均方根值,其中,考虑人体对不同频率及不同方向振动的敏感程度不同,分别对加速度进行频率加权和方向加权．由于本研究主要针对垂向振动对舒适性的影响进行评价,因此,仅计算垂向振动频率加权加速度均方根值．其中,不同频率下的频率加权值为(0.5, 2](2, 4](4, 12.5](12.5, 80)3.2 阻尼比优化设计目标函数根据每台转向架单侧一系垂向减振器的等效阻尼系数C1、二系垂向减振器的阻尼系数C2,分别与各系悬挂系统参数及待优化设计阻尼比之间的关系,可得式中: ξ1为一系垂向悬挂系统阻尼比;ξ2为二系垂向悬挂系统阻尼比．将利用式(9)～式(10)计算得到的阻尼系数C1和C2代入所建立的1/4车体-座椅垂向行驶振动模型,以一系和二系垂向悬挂系统阻尼比ξ1,ξ2为设计变量,以轨道高低不平顺作为输入激励,对高速列车的车体及座椅振动情况进行仿真．利用所得到的座椅垂向振动加权加速度均方根值建立高速列车转向架一系和二系垂向悬挂系统阻尼比的优化设计目标函数3.3 阻尼比优化设计约束条件为了保证高速列车行驶时具有良好的运行平稳性和安全性,在对其转向架垂向悬挂系统阻尼比进行优化设计时,应满足以下约束．1)一系及二系悬挂垂向行程.为降低车辆高速行驶过程中撞击限位的概率,使车辆具有良好的运行平稳性和安全性,因此,一系及二系悬挂的垂向行程不应超出其垂向限位行程,即|z2-z1|≤[fd2]式中:z1-zv,z2-z1分别为一系和二系悬挂垂向行程;[fd1],[fd2]分别为一系和二系悬挂垂向限位行程．2)一系悬挂动静态力之比.为了使车轮不抬离轨道表面,以保障车辆的运行安全性,因此,轮对所受的一系悬挂动态力和静态力之间应满足式中为一系悬挂动态力;(m1+m2+m3)g为一系悬挂静态力;g=9.8 m/s2为重力加速度．3.4 阻尼比协同优化3.4.1 仿真模型设计为了使高速列车转向架垂向悬挂系统的阻尼匹配达到最佳,需对该系统的阻尼比进行优化设计,因此,需建立待设计高速列车转向架垂向悬挂系统阻尼比的协同优化设计仿真模型．根据式(1)及式(9)～式(10),利用Matlab的Simulink工具箱,构建高速列车转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计仿真模型,如图6所示．3.4.2 一系和二系垂向悬挂系统最优阻尼比多岛遗传算法作为一种伪并行遗传算法可有效避免早熟和加快收敛速度,可以很好地在优化域中寻找全局最优解．因此,采用多岛遗传算法,利用Matlab对高速列车转向架一系和二系垂向悬挂系统阻尼比进行协同优化,优化设计流程图如图7所示,其中,参数设定为设计初始值ξ1=0、ξ2=0,优化范围ξ1∈(0,0.5)、ξ2∈(0,0.5);多岛遗传算法的子群规模为10,岛个数为10,进化代数为10,交叉概率为1,变异概率为0.01,迁移概率为0.01,迁移的间隔代数为5．根据车辆参数、图6中仿真模型、式(11)～式(14),以德国轨道高低不平顺作为轨道输入激励,依据图7设计流程,利用所编写的优化设计程序求目标函数Jo(ξ1,ξ2)的最小值,便可得到最优阻尼比值ξ1、ξ2．某高速列车的行驶速度v=300 km/h,1/4单节车体满载质量m2=14 398 kg,单个转向架构架质量的一半m1=1 379 kg,1/4单节车厢乘坐人员质量与座椅质量之和m3=1 593.8 kg,每台转向架单侧一系和二系垂向悬挂弹簧的等效刚度分别为K1=2.74×106N/m,K2=5.68×105N/m,1/4单节车体座椅悬置弹簧的等效刚度K3=566.27 kN/m,每台转向架单侧一系和二系垂向减振器的端部连接等效刚度分别为Kd1=4×107 N/m,K d2=2×107 N/m,1/4单节车体座椅悬置系统减振器的等效阻尼系数C3=27.64 kN·s/m,一系和二系悬挂的垂向限位行程分别为[fd1]=40 mm,[fd2]=35 mm,对该高速列车的转向架垂向悬挂系统阻尼比进行优化设计．优化前ξ1=0.25、ξ2=0.35．4.1 优化前后舒适性对比分析利用所建立的基于转向架-车体-座椅耦合的转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计方法,对该车辆转向架垂向悬挂系统的阻尼比进行优化设计,其中:优化设计结果为ξ1=0.31、ξ2=0.24,在转向架垂向悬挂系统阻尼比的可行性设计区间0.2～0.45[4]内,表明所设计的一系和二系垂向悬挂系统的最优阻尼比值是可靠的．该车辆优化设计前、后座椅垂向振动加速度的时域信号对比,如图8所示．优化设计前、后座椅垂向振动加速度的功率谱密度对比曲线,如图9所示．分析图8和图9可知,高速列车转向架垂向悬挂系统阻尼比优化设计之后,座椅垂向振动加速度和功率谱密度值比优化设计之前有所降低,其中,优化设计前的座椅垂向振动加权加速度均方根值为0.23 m/s2,优化设计后的加权加速度均方根值为0.18 m/s2,舒适性提高了21.7%．对比可知,优化设计后该车辆的乘坐舒适性得到了明显的提高．4.2 优化后的约束条件验证优化后的一系和二系悬挂垂向行程随时间变化曲线分别如图10、图11所示．一系悬挂动静态力之比随时间变化曲线如图12所示．由图10～图12可知,优化后,一系悬挂垂向行程在-6～4 mm内变化,二系悬挂垂向行程在-15～15 mm内变化,一系悬挂动静态力之比在-0.06～0.1内变化,均满足阻尼比协同优化设计约束条件的要求,表明所设计的一系和二系垂向悬挂系统最优阻尼比值是可靠的．1) 考虑座椅及减振器端部连接结构对转向架垂向悬挂系统的影响,根据1/4车体-座椅垂向行驶振动模型,利用Matlab/Simulink建立了高速列车转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计仿真模型．2) 利用多岛遗传算法及高速列车转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计仿真模型,以轨道高低不平顺作为输入激励,以人体振动舒适性最佳为目标,以一系及二系悬挂垂向行程和一系悬挂动静态力之比为约束条件,可建立转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计方法．3) 实例设计及仿真验证可知,优化后的座椅垂向振动加权加速度均方根值与优化前相比,降低了21.7%,结果表明:所建立的基于转向架-车体-座椅耦合的转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计方法是正确的,可显著提高高速列车的乘坐舒适性,为未来高速列车的提速及转向架垂向悬挂系统设计提供了重要理论基础．【相关文献】[1] NAVEEN S, KIRAN C P, DAS M P, 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乘用车悬挂减震器与车辆悬挂系统的协调设计
乘用车悬挂减震器与车辆悬挂系统的协调设计悬挂系统是乘用车的重要组成部分之一，其设计和性能直接影响着车辆的操控性、舒适性和安全性。
而悬挂减震器作为悬挂系统的核心部件之一，承担着减震和缓冲车身振动的重要任务。
因此，乘用车悬挂减震器与车辆悬挂系统的协调设计至关重要。
首先，在乘用车悬挂减震器的设计中，需考虑到车辆的使用环境和行驶条件。
乘用车通常在不同的路况下行驶，包括城市道路、高速公路和乡村道路等。
因此，悬挂减震器的设计应考虑到不同路况下的振动和冲击力，以确保车辆行驶的稳定性和舒适性。
其次，悬挂减震器的性能与车辆的重心位置、车辆质量和车辆悬挂系统的刚度相关。
在协调设计中，需要综合考虑这些因素，以确保悬挂减震器的工作效果最佳。
例如，对于重心位置较高的SUV车型，悬挂减震器的刚度应相对较高，以提供足够的支撑力和稳定性。
而对于重心位置较低的轿车，悬挂减震器的刚度可以适当降低，以提高乘坐的舒适性。
此外，悬挂减震器与车辆悬挂系统的协调设计还需要考虑到车辆的动力学特性。
悬挂系统的设计应使车辆具有优秀的操控性能，如良好的转弯稳定性和刹车稳定性。
悬挂减震器的刚度、阻尼和回弹力等参数的选择和调整，对于车辆的动力学特性有着直接的影响。
因此，在协调设计中，需要充分考虑车辆的动力学特性，并根据实际需求进行合理的设计。
在乘用车悬挂减震器与车辆悬挂系统的协调设计中，还需要注意到悬挂减震器的耐久性和可靠性。
悬挂减震器作为长期承受冲击和振动力的零件，其材料和结构设计需要具备耐久性，以确保其长时间的工作稳定性。
同时，悬挂减震器的防腐蚀和密封性能也需要得到充分考虑，以避免因外界环境的影响而影响减震器的工作效果。
最后，协调设计还应考虑到悬挂减震器的可调性。
可调性悬挂减震器可以根据不同的驾驶需求和路况进行调整，提供更加个性化的悬挂设置。
这样的设计能够使驾驶员更加灵活地调整车辆的悬挂特性，以满足其对操控性能或舒适性的不同要求。
综上所述，乘用车悬挂减震器与车辆悬挂系统的协调设计是确保车辆行驶稳定性、舒适性和安全性的重要因素。
减振器阻尼系数与悬架系统阻尼比的匹配(精)
第22卷第6期2000年12月武汉汽车工业大学学报JOURNA L OF W UH AN AUT OM OTI VE PO LY TECH NIC UNI VERSITYV ol.22N o.6Dec.2000文章编号:10072144X(20000620022204汽车减振器阻尼系数与悬架系统阻尼比的匹配韦勇1,阳杰2,容一鸣2(1.柳州五菱汽车有限责任公司技术中心,广西柳州545007;2.武汉汽车工业大学机电工程学院,湖北武汉430070摘要:阐述了双轴汽车减振器阻尼系数与悬架系统阻尼比匹配设计的原则,论述了悬架减振器外特性的匹配设计要求和设计方法,并对某实际车型进行了减振器阻尼系数与悬架系统阻尼比匹配分析及改进设计。
通过道路试验验证了改进设计的结果是可行的。
关键词:减振器;汽车悬架;阻尼比匹配中图法分类号:U463.33文献标识码:A汽车悬架动力学表明,地面对悬架系统的激振力等于悬架质量的惯性力和非悬架质量的惯性力之和。
车轮动载(激振力又决定了车轮的接地性能,它是汽车行驶安全性的重要尺度。
显然,在悬架系统中配置恰当的减振器,才能有效地抑制车身振动,保证良好的平顺性及安全性。
1阻尼匹配的原则根据振动理论和工程经验,悬架阻尼的匹配关系由式(1确定:ξ=C2Km=0.2~0.45(1式中,ξ为悬架系统阻尼比;C为悬架减振器的等效阻尼系数(NsΠm;K为悬架刚度(NΠm; m为悬架质量(kg。
当减振器不是垂直安装时,要考虑安装角的影响。
悬架中的弹性元件在支承车身质量的同时,还可缓和路面产生的振动,而减振器起抑制振动的作用。
缓冲和抑振是矛盾着的两个方面,它们是在保证车辆和乘员安全的正常运行条件下统一起来的,这就是悬架阻尼必须匹配设计的依据。
ξ值较大时,能迅速减振,但不适当地增大ξ值会传递较大的路面冲击,甚至使车轮不能迅速向地面回弹而失去附着力和对激励的缓冲能力;ξ值较小时,振动持续时间变长,又不利于改善舒适性。