究城市轨道交通研
2010年
轨道车辆动力学性能仿真用轨道谱的研究
耿 跃1 胡用生2
(1.同济大学汽车学院,201804,上海;2.同济大学铁道与城市轨道交通研究院,201804,上海 第一作者,硕士研究生)摘 要 利用国内外实测轨道不平顺归纳出的轨道谱公式进行数值反演,重新得到的时域历程是开展车辆动力学性能研究,进行轨道车辆动态仿真、实车激振试验的重要输入。分析了几种反演的轨道不平顺信号,发现某些时域信号存在着明显的周期性和空白频段现象。采用基于功率谱的白噪声窗口式滤波法生成的轨道不平顺较好地避免了以上问题,生成的轨道不平顺时域信号用于轨道车辆运行时的动力学性能仿真,结果与试验数据有较好的一致,表明该反演方法得到的轨道不平顺在动力学仿真计算中具有较好的适用性。关键词 轨道不平顺;功率谱密度;数值反演;车辆动力学;动态数值仿真中图分类号 U270.1+1
OnSimulatingTrackSpectrunofRailVehicleDynamicsGengYue,HuYongsheng
Abstract Basedonthemeasureddataofrailwaytrack,thispapersummarizestheformulaoftrackspectrum,obtainsthetime domaincoursewhichinputsresearchofrailvehicledynamicsperformancetoconducttraindynamicnumericalsimulationandrealtraintest.Throughanalysisofseveralrailwaytrackgeometrysignals,aclearcyclicalandblank bandphenomenonisfoundinsometime domainsignals.Inthispaper,thewhitenoisewindow typefilterbasedonthepowerspectrumdensityforinversionoftrackirregularityisdiscussed,whichcouldeffectivelyavoidtheaboveprob lems,andanumericalsimulationfortraindynamicrun timeperformanceisconducted.Theresultsandexperimentalda tahaveagoodagreement,indicatingthattheinversionmethodforrailwaytrackhaswideapplicability.
Keywords railwaytrackirregualarity;powerspectralden sity;numericalinversion;vehicledynamics;dynamicnu mericalsimulation
First author saddress CollegeofAutomotiveEngineering,TongjiUniversity,201804,Shanghai,China
真和激振试验的输入,是进行数值仿真和台架试验研究的重要基础。目前,国内外普遍采用的轨道不平顺空间域及时域信号,通常由大量实测线路不平
顺经快速傅里叶变换(FFT)统计归纳形成的轨道谱密度公式再通过数值反演得到。美、英、德等国多年前就先后对轨道不平顺进行了大量的测量和研究,并提出了各国标准的谱密度函数公式。
美国轨道不平顺功率谱公式为:垂直不平顺
KAv 2c
Sv( )=22
( + 2c)
方向不平顺
KAa c
Sa( )=222
( + c)
水平和轨距不平顺
KAv 2c
Sc( )=
( 2+ c2)( 2+ 2s)
式中:
Sv( )!!!垂向功率谱密度;
Sa( )!!!方向功率谱密度;Sc( )!!!水平功率谱密度;Av、Aa!!!粗糙度常数; c、 s!!!截断频率; !!!空间频率;
K!!!常数,取值范围为0.25~1,计算车辆响应时,一般取0.25。
国内有关部门曾对我国某些路段的轨道不平顺进行过测量和分析,得到谱密度函数公式,但目前还未形成统一的表达式。铁道科学研究院的不平顺功率谱表达式为:
A(f2+Bf+C)
S(f)=432
f+Df+Ef+Ff+G
式中:
f!!!空间频率;
A,B,C,D,E,F,G!!!拟合常数。
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1 轨道谱概述
轨道不平顺空间域或时域信号用作车辆动态仿20