李 耀

（重慶交通大學 機電與車輛工程學院，重慶 400074）

自動旅客捷運（Automated Passenger Mover，APM）系統(tǒng)作為城市軌道交通的一種新興典型制式，有著獨特優(yōu)勢和特點[1]。平穩(wěn)性是APM車輛動力學性能的一個重要的評價指標，因此，本文通過多體動力學仿真元件ADAMS建立了APM車輛的動力學模型，對其運行平穩(wěn)性進行仿真研究。

1 APM車輛運行平穩(wěn)性評價指標

規(guī)范GB5599—85[2]規(guī)定客車的平穩(wěn)性由Sperling指數(shù)W來進行評價。W由公式（1）所示：

式中：W—平穩(wěn)性指數(shù)；A—振動加速度，g取9.8 m/s2；f—振動頻率，Hz；F(f)—頻率修正系數(shù)。頻率修正系數(shù)如表1所示。

如果在一振動方向上同時具有兩種及以上的頻率成分時，需要先對加速度時間歷程進行傅里葉變換，得出不同頻率的加速度值，然后根據(jù)公式（1）算出各個頻率下的平穩(wěn)性指數(shù)Wi，最后將該振動方向上所有的平穩(wěn)性指數(shù)Wi按照公式（2）計算得到綜合的平穩(wěn)性指數(shù)W。

表1 頻率修正系數(shù)

因此，得出APM車輛的運行平穩(wěn)性等級評價標準如表2所示。

2 APM車輛動力學模型的建立

根據(jù)APM車輛的結(jié)構(gòu)和線路特點，利用多體動力學仿真軟件ADAMS建立了APM車輛動力學模型。該模型中，詳

細考慮了車體與轉(zhuǎn)向架及轉(zhuǎn)向架各部件之間的聯(lián)系及相對運動關(guān)系。單節(jié)APM車輛動力學模型包括3個剛體：一個車體和兩個轉(zhuǎn)向架[3]。車體和轉(zhuǎn)向架均具有點頭、浮沉、橫移、搖頭和側(cè)滾5個自由度[4]。導向輪具有搖頭自由度，走行輪具有點頭自由度，單節(jié)車輛共計有27個自由度。動力學模型如圖1所示。

表2 車輛運行平穩(wěn)性評價標準

圖1 APM整車動力學模型

3 APM車輛運行平穩(wěn)性仿真及評價

3.1 空載工況運行平穩(wěn)性仿真

運行工況：軌道類型R500，車速40 km/h，導向輪與導向軌剛好接觸，不設(shè)預壓力。仿真得到如圖2所示的車體質(zhì)心加速度仿真曲線。

圖2上部分為加速度時間歷程，依次為車體質(zhì)心3個方向（X、Y、Z方向）的加速度時間歷程曲線；下面為相應加速度時間歷程的FFT頻域變化曲線[5]。

3.2 滿載工況運行平穩(wěn)性仿真

運行工況：軌道類型R500，車速40 km/h，導向輪與導向軌剛好接觸，不設(shè)預壓力。仿真得到如圖3所示的車體質(zhì)心加速度仿真曲線。

圖2 空載加速度時域（頻域）歷程曲線

圖3 滿載加速度時域（頻域）歷程曲線

限于篇幅僅給出了空載和滿載各一種工況下的車體質(zhì)心加速度仿真曲線。其余工況下，根據(jù)仿真結(jié)果，求出車輛以不同車速行駛時的垂向、橫向平穩(wěn)性指數(shù)，計算結(jié)果如表3所示。

表3 平穩(wěn)性評價結(jié)果

規(guī)范GB5599—85規(guī)定車輛的平穩(wěn)性Sperling指數(shù)W小于2.5，車輛的運行平穩(wěn)性即表現(xiàn)優(yōu)。從表3可以看出，APM車輛在不同車速空載或滿載狀態(tài)下的橫向及垂向平穩(wěn)性均小于2.5，故評定其運行平穩(wěn)性等級均為優(yōu)。

4 結(jié)語

本文首先參考客車運行平穩(wěn)性指標，建立了適合APM車輛運行平穩(wěn)性的評價方法。通過多體動力學仿真軟件ADAMS建立了APM車輛的動力學模型，仿真得到了車輛在不同工況下運行的車體質(zhì)心加速度曲線。計算得出車輛以不同速度行駛時的垂向和橫向平穩(wěn)性指數(shù)。結(jié)果表明，APM車輛在不同車速空載或在滿載狀態(tài)下均具有較好的運行平穩(wěn)性。

[參考文獻]

[1]羅信偉.旅客自動輸送系統(tǒng)軌道設(shè)計要點[J].隧道建設(shè)，2013（6）：469-473.

[2]余志生.汽車理論[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998.

[3]任利惠，季元進，薛蔚.單軸輪胎走行部APM車輛的動力學性能[J].同濟大學學報（自然科學版），2015（2）：280-285.

[4]宋泳霖，任利惠，王忠杰.單軸輪胎走行部APM車輛界限計算探討[J].機電一體化，2015（12）：47-51.

[5]杜子學，李寧，陳帥.跨坐式單軌車輛曲線通過性能仿真分析[J].城市軌道交通，2012（7）：22-25.