智軌電車直線行駛性能研究

2022-05-25 01:57:50付建朝張陳林鐘漢文李俊義

技術與市場 2022年5期

付建朝，肖磊，楊勇，張陳林，鐘漢文，李俊義，熊博

(湖南中車智行科技有限公司，湖南長沙 410000)

0 引言

智軌電車作為新型的城市軌道交通工具，是一種三節編組、雙鉸接盤、六軸全轉向車輛，車輛自由度較多，各個膠輪瞬時狀態將直接影響到智軌列車直線行駛性能，各個膠輪瞬時狀態不協同則會造成車輛跑偏，或造成車身以“Z”字型、“C”字型姿態行駛，嚴重時會造成操作穩定性問題，如甩尾、側翻。

1 懸架K&C特性研究

1.1 第一軸懸架K&C特性研究

建立第一軸懸架轉向Simpack模型(見圖1)，保持方向盤輸入角度為0°，輪胎上跳50 mm，下跳50 mm進行平行輪跳仿真。

圖1 第一軸懸架

其中X軸為車輪垂直跳動位移，Y軸為隨車輪垂直跳動的車輪角度值。從圖2可知：①車輪跳動會產生輪胎轉向。②平行輪跳時輪胎始終向右轉向。③在輪胎下跳50 mm時輪胎轉角為0.4°，在輪胎上跳50 mm時輪胎轉角為0.7°。

圖2 第一軸轉向角(平行輪跳)

保持方向盤輸入角度為0°，進行輪胎跳動量為50 mm的反向輪跳仿真。從圖3可知：①車輪跳動會產生輪胎轉向。②在輪跳量0 mm時輪胎向左轉角為0.1°，在輪跳量50 mm時輪胎向右轉角為0.2°。

圖3 第一軸轉向角(反向輪跳)

1.2 第二軸懸架K&C特性研究

建立第二軸(第三、四、五軸動力學模型與第二軸一致)懸架轉向Simpack模型(見圖4)，保持無軌導向輸入角度為0°，輪胎上跳50 mm，下跳50 mm進行平行輪跳仿真。

圖4 第二軸懸架

從圖5可知，車輪平行跳動不會造成輪胎轉向。

圖5 第二軸轉向角(平行輪跳)

保持無軌導向輸入角度為0°，進行輪胎跳動量為50 mm的反向輪跳仿真。從圖6可知，車輪反向跳動造成輪胎轉向角非常小，影響可忽略。

圖6 第二軸轉向角(反向輪跳)

1.3 第六軸懸架K&C特性研究

建立第六軸懸架轉向Simpack模型(見圖7)，保持無軌導向輸入角度為0°，輪胎上跳50 mm，下跳50 mm進行平行輪跳仿真。

圖7 第六軸懸架

從圖8可知：①車輪跳動會產生輪胎轉向。②平行輪跳時輪胎基本為向左轉向。③在輪胎下跳50 mm時輪胎轉角為0.9°，在輪胎上跳50 mm時輪胎轉角0.2°。

圖8 第六軸轉向角(平行輪跳)

保持無軌導向輸入角度為0°，進行輪胎跳動量為50 mm的反向輪跳仿真。從圖9可知：①車輪跳動會產生輪胎轉向。②在輪跳量0 mm時輪胎向右轉角為0.1°，在輪跳量50 mm時輪胎向左轉角非常小，影響可忽略。

圖9 第六軸轉向角(反向輪跳)

1.4 懸架K&C特性優化改進

通過對以上六軸懸架轉向K&C特性研究表明，車輛左、右車輪經過同等大小的路面激勵時(典型工況是過減速帶，等同于平行輪跳)，其中第一軸車輪相對之前時刻狀態向右轉向，第六軸車輪相對之前時刻狀態向左轉向，第二、三、四、五軸車輪與之前時刻狀態保持不變，最終導致智軌電車較之前時刻狀態向右跑偏，跑偏程度與激勵大小成正比。

車輛左、右車輪經過不同大小的路面激勵時(典型工況是單側車輪過凹坑，等同于反向輪跳)，其各軸車輪轉角變化較小，對智軌電車直線行駛影響較小。

為此針對第一軸與第六軸懸架進行懸架與轉向硬點優化，利用Simpack Insight進行平行輪跳轉向角靈敏度分析，找出靈敏度最大的幾個硬點進行優化設計，優化后結果如圖10、圖11所示。

圖10 第一軸轉向角(平行輪跳)

圖11 第六軸轉向角(平行輪跳)

2 底盤參數及傳感器零位研究

車輪定位角、車軸偏斜、氣囊高度及車軸角度傳感器零位等參數不正確將影響車輛直線行駛性能。

2.1 車輪定位研究

由于智軌電車是雙向駕駛車輛，其所有車輪滿載前束值設計為0 mm/m，但實際前束(見圖12)受負載及裝配精度影響，其前束值不等于設計值，前束值呈負值時，使車輪產生朝外側方向運動的趨勢，前束值呈正值時，使車輪產生朝內側方向運動的趨勢。過大正/負前束均會造車輪側滑，左右輪前進方向不一致將影響車輛直線行駛性能。