现代车辆减振器WCG.ppt

China academy of railway sciences,现代车辆减振器的数字设计王成国铁道科学研究院研发中心,China academy of railway sciences,目录1 前言 2 减振器的工作原理3 Magic Formula减振器数学模型4 减振器的动态参数研究5 减振器数字设计与车辆系统动力学6 减振器的数字优化设计7 减振器数字设计的线路试验结果8 主要结论,China academy of railway sciences,第1章 前言,1.1 研究目的1.2 项目背景1.3 减振器在现代车辆中的应用1.4 减振器的制造概况1.5 主要研究内容,China academy of railway sciences,1 前言,1.1 研究目的 减振器在现代车辆中扮演非常重要的角色。为了不断改进和提高车辆运行的安全稳定性和乘坐舒适性，现代车辆安装的减振器越来越多，对减振器的性能和质量要求越来越高。应用现代CAE技术，开展减振器的理论、设计和应用研究，对于现代车辆工业的发展至关重要。,China academy of railway sciences,1 前言,本课题的研究对象 目前，液压-机械式阻尼系统得到优先应用，最广泛的应用形式是套筒式减振器。套筒式减振器具有外形小、摩擦低、阻尼精确、结构简单，从而成为设计的最佳选择。本课题以铁道车辆用套筒式液压减振器为实例开展研究。,China academy of railway sciences,1.2 研究背景(相关研究项目和工作)（1）高速车辆系统动力学仿真研究(与日本RTRI合作)（2）非线性非稳态信息分析方法在车辆系统动力学的应用(与美国NASA黄锷合作)（3）空气弹簧的数字设计（4）车辆液压减振器的研究（与德国SACHS合作）（5）铁道机车车辆工程的虚拟样机技术研究（6）列车纵向动力学研究,本项目研究背景简介,China academy of railway sciences,（1）车辆液压减振器的研究（与德国SACHS合作）2001-2005年，中国铁道科学研究院（CARS）与SACHS合作，开展液压减振器的理论、模型与应用研究。CARS负责理论分析、建立模型、参数识别、性能优化、车辆系统动力学性能改进。SACHS负责模型试验验证、减振器性能检测、内部结构配置、新产品研制。SACHS选派工程师Richard van Kasteel到CARS攻读博士学位研究生。,本项目研究背景简介,China academy of railway sciences,Van K.Richard and C.G.Wang,本项目研究背景简介,China academy of railway sciences,（2）与日本RTRI关于高速车辆系统动力学仿真研究,異解析手法用車両運動結果比較 Comparison of Simulation Results Using Different Analyses 藤本裕石田弘明王成国 Hiroshi FUJIMOTO Hiroaki ISHDA Cheng Guo WANG Vehicle dynamic simulations on high-speed train of China have been done under cooperative project of China Academy of Railway Sciences(CARS)and Japan Railway Technical Research Institute(RTRI).Under this project,to make our vehicle dynamic simulation better,a validity of the simulations by comparing their results of CARS using multipurpose program,for examples MEDYNA,ADAMS,NUCARS etc.,and RTRI using own developed program are discussed and evaluated.Therefore,because using different modeling of simulation each other,the influences of difference of modeling on the results are discussed in this report.The differences of simulation results between RTRI and CARS were seen in vibratory frequency.We will validate the verification of the each simulation model through running test in China this year.：高速列車，車両運動，化，日中共同研究 RTRI REPORT Vol15,No12,2001.12,本项目研究背景简介,China academy of railway sciences,（3）与美国NASA黄锷研究员合作进行非线性非稳态数据分析方法在车辆系统动力学性能分析中的应用研究,1999年，美国宇航局的Norden E.Huang（黄锷）教授发明了经验模型分析算法（HHT），将非线性非稳定信号按频率作自适应性分解。许多领域的实验表明，HHT是时频分析理论的重大突破，受到科技界特别是工程界的高度重视。,本项目研究背景简介,China academy of railway sciences,应用HHT进行减振器性能研究,瞬变信号的自适应时频表示，是信号处理研究的最前沿领域，是对非平稳信号和复杂信号进行分析和综合的一个重要工具，其主旨是揭示瞬变信号频率的时变特征。HHT在现代车辆系统动力学研究领域将有极其重要和广泛的应用。,本项目研究背景简介,China academy of railway sciences,已发表的主要研究论文,Van Kasteel,R.,C.G.Wang,et al:A New Shock Absorber Model with an Application in Vehicle Dynamics Studies J USA:SAE Technical Paper Series 2003-01-3411V.K.Richard,王成国等:液压减振器动态数学模型的研究 J中国铁道科学 VOL.25 NO.3,2004 6：P1-5 陈泽深、王成国编著：铁道车辆动力学与控制M中国铁道出版社，2004.5王成国主编：MSC.ADAMS/Rail基础教程M中国科学出版社，2005.7Van Kasteel R.,C.G.Wang,et al:A New Shock Absorber Model for use in vehicle dynamics studies J OXON,ENGLAND:Taylor&Francis,Vehicle System Dynamics,Vol.43,No.9,2005:P613-631王成国：现代铁道车辆空气弹簧的数字设计C,中国科协2003年会论文,China academy of railway sciences,1 前言,1.3 减振器在现代车辆中的应用 现代铁道车辆在各个不同部位安装减振器：一系垂向减振器二系垂向和横向减振器抗蛇行减振器车端减振器(横向)车间减振器(纵向),China academy of railway sciences,1 前言,高速列车减振器 车端横向减振器(Lateral Damper)车间纵向减振器(Yaw Damper),China academy of railway sciences,1 前言,1.4 减振器的制造概况(1)发展历史 1901 Horock获得伸缩液压单元专利,成为现代减振器的基础 1902 Mors 制造了安装有简单液压罐式减振器的车辆 1905 Renault获得了抗压式活塞液压减振器的专利 1910 液压减振器用于飞机起落架。1928 液压减振器在美国首次作为标准设备供应 1950 发明了汽压单管伸缩液压减振器，并由de carbon制造 1954 Mercedes Benz赛车上应用伸缩液压减振器 1975 由于客车安全性的需求，抗蛇行液压减振器应用于铁路车辆,China academy of railway sciences,1 前言,1.4 减振器的制造概况(2)生产厂家 目前，世界上大约有20个具有知名品牌的减振器制造厂商，大约年产上亿支减振器。约有2万人从事减振器行业。每年零售额超过20亿美元。其中，主要的铁道减振器制造公司约7家。,China academy of railway sciences,1 前言,1.4 减振器的制造概况(3)国内外概况 车辆减振器的工作环境恶劣，属于精密加工的机械零部件产品。在工业发达国家，均有专业厂家长期从事液压减振器的研究和制造。比如，美国Monroe，日本KAYABA，荷兰KONI，德国SACHS、法国DISPEN，都是国际知名的液压减振器生产厂家。目前，我国铁道机车车辆主要选用国外的液压减振器。20世纪90年代以后，KONI、SACHS和DISPEN在中国建立合资或独资的液压减振器制造工厂。,China academy of railway sciences,1 前言,1.5 本课题的主要研究内容减振器的结构分析和工作原理研究减振器的数学模型减振器的动态参数减振器数字设计与现代车辆系统动力学减振器优化设计与车辆性能改进线路试验与工程应用,China academy of railway sciences,第2章 减振器的工作原理,2.1 液压减振器的基本结构2.2 减振器的阀元件模型2.3 描述泄漏的流体方程2.4 描述减振器动态响应的状态方程2.5 减振器端部橡胶接头刚度的计算模型2.6 减振器元件数学模型的验证,China academy of railway sciences,2 减振器的工作原理,建立减振器的数值模型和结构参数之间的对应关系，必须深入进行下面的研究工作：（1）分析和研究液压减振器内部元件的工作特性，包括压缩阀、拉伸阀和回油阀的结构特点和性能。(2)基于流体计算方法，建立一组非线性动态微分方程，计算减振器的工作腔和储油腔的油压和流量。(3)建立减振器各个零部件的数学模型,用以描述减振器内部油流的工作过程与外部呈现的力学性能。,China academy of railway sciences,2 减振器的工作原理,2.1 液压减振器的基本结构,图2.1 液压减振器的内部结构（以SACHS为例）,1-活塞杆 2-活塞杆导向座 3-压缩阀 4 活塞 5 拉伸阀 6 回油阀 7 底阀总成 8 底阀压缩阀 RV 拉伸腔 CV 压缩腔 R-储油腔,China academy of railway sciences,2 减振器的工作原理,液压减振器的基本结构,图2.2 液压减振器CAD模型（外形）,China academy of railway sciences,2减振器的工作原理,液压减振器的基本结构,图2.3 液压减振器CAD模型（内部结构）,China academy of railway sciences,2减振器的工作原理,液压减振器的基本结构,图2.4 液压减振器CAD模型（活塞杆、活塞、底阀总成）,China academy of railway sciences,2减振器的工作原理,液压减振器的基本工作原理,液压减振器的阻尼力来自活塞两边油腔RV和CV之间的压差（流体阻力）。油腔的压强根据活塞的运动速度和穿过阻尼阀以及底阀的液油所受的摩擦阻力得到调节。由于活塞杆进入减振器引起的活塞杆1的体积差变化由储油腔R中的空气改变容积与压强得到平衡。拉伸阶段，压缩油腔将通过底阀从储油腔R中吸入相应于活塞杆移动引起的体积变化的液压油。压缩阶段，等量的油(与进入减振器的活塞杆的体积相同)将通过底阀被压回储油腔。,China academy of railway sciences,2减振器的工作原理,2.2 液压减振器的阀元件模型 吸入阀的建模 SACHS减振器中有一个吸入阀,是一种单向阀,位于减振器的底部。工作原理如如图2.2所示。,图2.5 吸入阀的工作原理图,China academy of railway sciences,2减振器的工作原理,液压减振器的阀元件模型 通过吸入阀的油液计算公式：,China academy of railway sciences,2减振器的工作原理,液压减振器的阀元件模型-阻尼阀的建模,图2.6 减振器的三个阻尼阀：1-压缩阀;2-拉伸阀;3 底阀,China academy of railway sciences,2减振器的工作原理,液压减振器的阀元件模型-阻尼阀的建模,图2.7 盘式阻尼阀的结构示意图,China academy of railway sciences,2减振器的工作原理,液压减振器的阀元件模型 通过阻尼阀的油液计算公式：,China academy of railway sciences,2减振器的工作原理,2.3 描述液压减振器泄漏的流体方程 活塞与内套筒、活塞杆与活塞杆导向座之间的泄漏可以用环面上的流体方程描述。,China academy of railway sciences,2减振器的工作原理,2.4 描述液压减振器动态响应的状态方程,China academy of railway sciences,2减振器的工作原理,描述液压减振器动态响应的状态方程,China academy of railway sciences,2减振器的工作原理,描述液压减振器动态响应的状态方程,China academy of railway sciences,2减振器的工作原理,2.5 减振器端部橡胶接头刚度的计算模型,图2.8 接头刚度的计算模型,China academy of railway sciences,2 减振器的工作原理,2.6 减振器元件模型的试验验证,在INOVA型液压试验机上对数值模型进行了试验验证。频率范围：0.120Hz 位移范围：125mm 速度范围：0.11.41m/s 计算结果与试验结果的相对误差如图所示。在常用的位移范围16mm内的最大动态误差为7，这表明该数值模型有足够的精确度。,图2.9 计算与试验结果的比较,China academy of railway sciences,2 减振器的工作原理,用于减振器元件模型的试验台,液压减振器试验台(inova FU160,Czech),China academy of railway sciences,2减振器的工作原理,第2章小结 基于减振器的内部结构和工作原理，应用流体计算方法，对减振器基本元件和要素，如吸入阀、阻尼阀、内部泄漏、工作油腔的流量计算、减振器端部的橡胶接头等，分别建立数值模型和动态方程。液压减振器专业试验机上的试验表明，描述减振器零部件的数学模型的计算与测试结果有很好的一致性。,China academy of railway sciences,第3章 Magic Formula减振器数学模型,3.1 减振器的特性 3.2 Magic Formula减振器模型3.3 Magic Formula模型的参数验证3.4 模型参数与减振器内部的结构配置3.5 小结,China academy of railway sciences,3.1 减振器的特性,减振器的特性定义为阻尼力与活塞速度之间的关系。不同车辆在不同位置需要不同类型和性能的减振器。车辆减振器功能方面的设计和调试通过对液压减振器内部的各个阻尼阀和其它元件的调整来进行。,3 Magic Formula减振器数学模型,图3.1 不同减振器的稳态特性,China academy of railway sciences,3.2 Magic Formula减振器模型,减振器的数学模型应该具有严格的理论基础，以充分的试验结果为依据。公式（3.1)和（3.2)建立了一个带有参数的公式来表达的液压减振器数学模型，这些参数既能描述减振器的外特性曲线，又能描述减振器的内部结构配置。由于原始思路得益于Pacejka教授的Magic Formula Tyre Model，因此将这种液压减振器数学模型称为Magic Formula Damper Model。,3 Magic Formula减振器数学模型,China academy of railway sciences,Magic Formula damper model is from Magic Formula Tyre model(1)From Magic Formula Tyre Model of Prof.H.B.Pacejka(2)Van K.Richard is the student of Prof.H.B.Pacejka(3)Magic Formula means art-science(4)Prof.H.B.Pacejka give the research many help.,Why is Magic Formula,China academy of railway sciences,Prof.H.B.Pacejka 1966年 荷兰 Delft 工业大学获得博士学位 1968年 英国机械工程师学会Starley 奖金 1987年 布拉格工业大学金奖 1989年 Stockholm皇家技术学院荣誉博士 1991年 ATA Lombardia 金奖 1972-1998 车辆系统动力学杂志主编 1977-1990 国际车辆系统动力学协会秘书长 1993-1999 国际车辆系统动力学协会主席,What is Magic Formula,China academy of railway sciences,液压减振器的的Magic Formula模型,Magic Formula减振器模型含有B，C，D，E，G，H，K，esp，SV共计9个参数。第一阻尼系数B的量纲为s/m，泄载点D的量纲为N，内摩擦因子Sv的量纲为N，其余6个参数为无量纲因子。各参数命名如下:B：第一阻尼系数 C：形状因子 D：泄载点 E：曲率因子 G：第二阻尼因子 H：后继阻尼因子 K：灵敏度因子 esp：孔径因子 SV：内摩擦因子,3 Magic Formula减振器数学模型,China academy of railway sciences,MF模型参数的物理含义-BCD,3 Magic Formula减振器数学模型,China academy of railway sciences,MF模型参数的物理含义-曲率因子E,3 Magic Formula减振器数学模型,China academy of railway sciences,MF模型参数的物理含义-第二阻尼因子G,3 Magic Formula减振器数学模型,China academy of railway sciences,MF模型参数的物理含义-后继阻尼因子H,3 Magic Formula减振器数学模型,China academy of railway sciences,MF模型参数的物理含义-灵敏度因子K,3 Magic Formula减振器数学模型,China academy of railway sciences,MF模型参数的物理含义-孔径因子 eps,3 Magic Formula减振器数学模型,China academy of railway sciences,MF模型参数的物理含义-内摩擦因子SV,3 Magic Formula减振器数学模型,China academy of railway sciences,3.3 Magic Formula模型的参数验证,为了验证减振器数学模型的准确性，分别对4种不同配置的活塞进行测量。每一配置包含多个具有不同厚度h的盘片。预张力则是通过阀座的一个较小角度来实现。通过特殊的设计来测量稳态条件下液压减振器的流量压力特性。按两个方向，即增加流量和减小流量分别进行测量。这样可以抵消测量过程中出现的滞后现象。根据阀的配置情况，测量中选用的最大流量在300 cm3/s500 cm3/s之间。测试内容还包括不同的阀座角度对阻尼力的影响。,3 Magic Formula减振器数学模型,China academy of railway sciences,Magic Formula模型的验证,减振器中阀座角度以及阀盘片的厚度h,3 Magic Formula减振器数学模型,China academy of railway sciences,Magic Formula模型参数的验证-流量试验台,3 Magic Formula减振器数学模型,China academy of railway sciences,Magic Formula模型参数的验证 活塞速度与阻尼压缩力,3 Magic Formula减振器数学模型,China academy of railway sciences,3.4 模型参数与减振器内部的结构配置,不同减振器结构配置的计算与试验结果比较,3 Magic Formula减振器数学模型,China academy of railway sciences,3.5 小结,Magic Formula减振器模型表达为带参数的数学公式。模型可以详细准确描述减振器特性曲线的细节。模型参数有与减振器结构配置直接有关的物理意义。模型参数由试验数据拟合得出,公式简洁，易于计算。(5)模型为现代车辆减振器提供完整数学模型。,3 Magic Formula减振器数学模型,China academy of railway sciences,第4章 减振器的动态参数研究,4.1 减振器的动态特性4.2 减振器的当量线性化Maxwell模型4.3 不同形式的Maxwell模型的比较 4.4 减振器的比功率耗散率SDR 4.5 Magic Formula主要参数与SDR,China academy of railway sciences,4.1 减振器的动态特性,减振器是车辆动态系统的工作部件。CAE技术为深入研究减振器的动态性能提供了新思路。液压减振器动态刚度由下列因素产生:液油的可压缩性溶解在液油中的少量空气减振器套筒的刚度端头(橡胶接头)的刚度,4 减振器的动态参数研究,China academy of railway sciences,减振器的动态刚度,减振器由一系列具有质量、刚度和阻尼的零部件组装而成的。为了进行研究，可以将减振器简化为由一个串联的刚度和阻尼构成的理想模型。图4.1通常称为减振器的Maxwell模型。,4 减振器的动态参数研究,图4.1减振器的Maxwell模型,China academy of railway sciences,减振器的动态刚度和动态阻尼力,由于动态刚度的作用，液压减振器的阻尼力和激励速度存在相位差，这种差异在高频和小振幅情况下尤其明显。因此，减振器的动态参数对于现代车辆的研究和设计具有重要意义。现代车辆工业发达国家对减振器的动态参数有明确的技术要求。*参见DIN pr13802(2000)和ISO10846(2003),4 减振器的动态参数研究,China academy of railway sciences,减振器的等效线性化模型,应用谐波平衡法(the theory of the harmonic balance)建立减振器的等效线性化模型。该理论由Krylov在1947年提出，Pacejka对它进行了修正。考虑减振器的Maxwell模型的线性化:,4 减振器的动态参数研究,China academy of railway sciences,减振器的等效线性化模型,等效刚度Keq,4 减振器的动态参数研究,等效阻尼Ceq,China academy of railway sciences,减振器非线性动态性能的评价指标SDR,引入比阻尼率(Specific Damping Rate)SDR作为定量评价减振器效能的一个指标。与功率谱密度PSD(Power Spectral Density)相比，SDR更为有效，因为PSD没有考虑相对速度。SDR定义为一个周期内能量耗散P与活塞速度平方的比值。如果减振器受谐波激励，SDR可以计算如下：,4 减振器的动态参数研究,China academy of railway sciences,分析6种不同的Maxwell减振器模型,(1)CC-常阻尼线性模型(2)CNC-非线性阻尼模型(3)CCKC-线性阻尼线性刚度模型(4)CCKNC-线性阻尼非线性刚度模型(5)CNCKC-非线性阻尼线性刚度模型(6)CNCKNC-非线性阻尼非线性刚度模型,4 减振器的动态参数研究,China academy of railway sciences,6种不同模型的SDR比较(输入振幅为=1mm),4 减振器的动态参数研究,China academy of railway sciences,6种不同模型的等效阻尼Ceq比较(输入振幅为=1mm),4 减振器的动态参数研究,China academy of railway sciences,6种不同模型的等效刚度Keq比较(输入振幅为=1mm),4 减振器的动态参数研究,China academy of railway sciences,等效线性化模型的参数与SDR,4 减振器的动态参数研究,SDR取决于等效阻尼率和等效刚度，与频率和振幅位移相关。如果Ceq是常量，SDR与Ceq密切相关，Keq的影响降低。这时，模型可认为是静态的。活塞速度 0.05 m/s时，由于泄载力作用，减振器性能曲线的斜率下降。这个区域的阻尼率递减，造成Ceq递减。活塞速度 0.025 m/s时，Ceq不是常量比CNC模型的SDR更高。如果增加，它们之间的差异减小。因为振幅越大，能量在弹簧元件中越不易储存。当增加时，响应函数的振幅递减，导致阻尼力相对于位移的相位角的递减。因此不管Keq 是否常量，其影响下降。非线性阻尼特性在整个速度振幅和位移振幅范围内都有巨大影响，非线性刚度特性则对速度振幅 0.15 m/s和位移振幅 5 mm起主要作用。,China academy of railway sciences,4 减振器的动态参数研究,位移振幅=3 mm，第一阻尼率B取不同值时，SDR随速度的变化关系,China academy of railway sciences,4 减振器的动态参数研究,位移振幅=3 mm，第一阻尼率B取不同值时，Ceq随速度的变化关系,China academy of railway sciences,4 减振器的动态参数研究,位移振幅=3 mm，第一阻尼率B取不同值时，Keq随速度的变化关系,China academy of railway sciences,Magic Formula参数对SDR影响的结论,4 减振器的动态参数研究,(1)对整个位移和速度范围，eps对SDR,Keq 和Ceq的影响最大。(2)eps=0.0或 Bx=Bw0.8 时，SDR,Keq 和 Ceq 几乎不受位移幅值 的影响。(3)eps=0.0，油液溶解的空气对SDR几乎没有影响。SDR几乎不变，减振器接近线性特征。(4)如果Bx=Bw0.8，减振器在低速时能获得较高的SDR，这可补偿橡胶元件的公差。(5)当5mm时，SDR对参数B,D和G的敏感性降低。如果eps=0.0，该敏感性升高。(6)参数G对车辆动力学的重要性较小，但对橡胶元件的设计寿命很重要，在设计时取值不能太大。,China academy of railway sciences,5 减振器数字设计与车辆系统动力学,5.1 在ADAMS中加入新的减振器模型5.2 加入新减振器模型的实施方案5.3 减振器模型与车辆系统动力学,China academy of railway sciences,5.1 在ADAMS中加入新的减振器模型,ADAMS是最流行的车辆系统动力学仿真软件之一。在ADAMS中增加新的减振器模型，应用CAE技术构建现代车辆减振器数字设计的虚拟样机平台，是一项富有创新性和挑战性的工作。在ADAMS中增加新模型，需要仔细阅读MSC提供的相关文档资料，深入分析ADAMS的用户模型参数的含义和接口要求，严格执行相应的软件编译连接步骤，确保用户子程序正确加入ADAMS软件系统。,5 减振器数字设计与车辆系统动力学,China academy of railway sciences,如何在ADAMS中加入用户模型,将用Fortran语言编写的Magic Formula减振器模型作为一个新的用户模块加入ADAMS。仿真计算采用中国提速客车的主型转向架CW200为实例。技术参数由长春客车厂设计处提供。,5 减振器数字设计与车辆系统动力学,CW200转向架的CAD模型,China academy of railway sciences,ADAMS的SFORCE函数实例,ADAMS的SFORSUB用户子程序接口可以用于增加Magic Formula模型。SFOSUB是用于替代标准力函数SFORCE的用户子程序接口。SFORCE计算两个marker点之间的广义力。比如，两个marker点（467，764）之间的相对速度为VR，阻尼系数为10，阻尼力可以用函数SFORCE计算如下：,5 减振器数字设计与车辆系统动力学,China academy of railway sciences,5.2 加入新减振器模型的实施方案,根据由浅入深的原则，首先在ADAMS中建立专用考题和车辆虚拟样机模型。最好分步进行考题测试，逐步完成在ADAMS中增加Magic Formula减振器模型的工作：（1）进行SFORCE标准考题。（2）进行简单的SFORSUB考题。（3）进行Magic Formula模型考题。,5 减振器数字设计与车辆系统动力学,China academy of railway sciences,ADAMS加入新减振器模型的批处理方案 最好用批处理方法自动完成增加用户模型的工作：,5 减振器数字设计与车辆系统动力学,China academy of railway sciences,在CW200转向架模型中进行用户减振器模型的考题,5 减振器数字设计与车辆系统动力学,China academy of railway sciences,5.3 减振器模型与车辆系统动力学,为了检验MF模型的计算精度，根据WX998799检测车在铁科院北京环形试验线的运行测试数据，应用ADAMS进行车辆系统动力学仿真计算。,5 减振器数字设计与车辆系统动力学,CW200转向架动力学模型,China academy of railway sciences,WX998799综合安全检测车,China academy of railway sciences,车体横向加速度的计算与测试结果比较,5 减振器数字设计与车辆系统动力学,China academy of railway sciences,车体横向加速度PSD的计算与测试结果比较,5 减振器数字设计与车辆系统动力学,China academy of railway sciences,车体垂向加速度计算与测试结果的比较,5 减振器数字设计与车辆系统动力学,China academy of railway sciences,车体垂向加速度PSD的计算与测试结果比较,5 减振器数字设计与车辆系统动力学,China academy of railway sciences,横向轮轨力PSD的计算与测试数据比较,5 减振器数字设计与车辆系统动力学,China academy of railway sciences,垂向轮轨力PSD的计算与测试数据比较,5 减振器数字设计与车辆系统动力学,China academy of railway sciences,第5章 小结,（1）仿真计算与测试结果具有良好的一致性。（2）MF模型可以用于减振器的数字优化设计研究。（3）孔径因子esp对车辆动力学性能有重要作用。（5）CNCKNC模型比其他模型更接近测试结果。（6）SDR反映了与车体有关的振动传递特性。,China academy of railway sciences,6 减振器的数字优化设计,6.1 引言6.2 车辆动力学与减振器特性优化6.3 MF模型与减振器结构优化,China academy of railway sciences,6.1 引言,第3-4章建立了新的Magic Formula减振器模型。第5章分析和验证了新模型的计算精度。在此基础上，可以应用CAE有效开展减振器的数字优化设计，提高车辆的动力学性能。优化设计是工程技术永恒的课题。数值模型和CAE的发展，为减振器的数字优化设计提供了锐利工具。目前，减振器的数字优化设计分两步进行：（1）用ADAMS整车模型和MF模型研究减振器特性；（2）用等效线性化模型和MF模型研究减振器结构。,6 减振器的数字优化设计,China academy of railway sciences,传统设计方法的缺点,减振器的优化设计需要同时考虑动态特性和结构两方面的要求。至今为止，主要采用传统的设计方法，分别考虑这两方面的需求。传统设计方法首先以往的经验选取关键数据，然后进行减振器制造和装车使用。传统设计方法存在如下缺点：（1）设计方法和结果强烈依赖于工程师的个人经验和水平，缺乏系统性和预见性。产品必须反复进行耗费巨大的实物试验，用以检测产品质量和技术性能。（2）难以为车辆提供最优的减振器力-速度特性曲线。难以在厂家内部的产品规范下进行减振器结构配置。,6 减振器的数字优化设计,China academy of railway sciences,减振器的数字优化设计的步骤,（1）利用ADAMS/Rail研究辆系统动力学性能。通过改变参数D和eps，判别性能改善的可能性和方向。为了减少Adams的计算量，将阻尼系数B保持为常数（B=10s/m）。（2）将车辆系统动力学模型简化为的单质量弹簧系统的当量模型，进行频域分析。通过改变第一阻尼系数B、泄载点D、第二阻尼因子G和孔径因子eps等四个参数，分析车辆动力学性能，进行减振器特性的优化。（3）在上面(1)和(2)的基础上得到优化的减振器力速度特性曲线，应用MF模型进行减振器内部的设计和配置。,6 减振器的数字优化设计,China academy of railway sciences,6.2 车辆动力学与减振器特性优化,以改进提速客车横向动力学性能为目的，应用ADAMS进行车辆系统动力学性能的仿真研究。（1）采用第五章的车辆模型。（2）采用 CNCKNC减振器模型。（3）减振器的力速度特性见图。（4）线路模型以铁科院北京环形线数据（5）Magic Formula减振器模型参数见表。,6 减振器的数字优化设计,China academy of railway sciences,减振器的力速度特性图,6 减振器的数字优化设计,China academy of railway sciences,Magic Formula减振器模型参数表,6 减振器的数字优化设计,China academy of railway sciences,仿真计算的车辆运行速度,6 减振器的数字优化设计,China academy of railway sciences,车辆横向特性的可能改善（B=10s/m，eps0.5改为0.0）,6 减振器的数字优化设计,China academy