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(jié)編組、雙鉸接盤、六軸全轉(zhuǎn)向車輛，車輛自由度較多，各個膠輪瞬時狀態(tài)將直接影響到智軌列車直線行駛性能，各個膠輪瞬時狀態(tài)不協(xié)同則會造成車輛跑偏，或造成車身以“Z”字型、“C”字型姿態(tài)行駛，嚴(yán)重時會造成操作穩(wěn)定性問題，如甩尾、側(cè)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(zhuǎn)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(jìn)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(chǎn)生輪胎轉(zhuǎn)向。②平行輪跳時輪胎始終向右轉(zhuǎn)向。③在輪胎下跳50 mm時輪胎轉(zhuǎn)角為0.4°，在輪胎上跳50 mm時輪胎轉(zhuǎn)角為0.7°。

圖2 第一軸轉(zhuǎn)向角(平行輪跳)

保持方向盤輸入角度為0°，進(jìn)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(chǎn)生輪胎轉(zhuǎn)向。②在輪跳量0 mm時輪胎向左轉(zhuǎn)角為0.1°，在輪跳量50 mm時輪胎向右轉(zhuǎn)角為0.2°。

圖3 第一軸轉(zhuǎn)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(xué)模型與第二軸一致)懸架轉(zhuǎn)向Simpack模型(見圖4)，保持無軌導(dǎo)向輸入角度為0°，輪胎上跳50 mm，下跳50 mm進(jìn)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(zhuǎn)向。

圖5 第二軸轉(zhuǎn)向角(平行輪跳)

保持無軌導(dǎo)向輸入角度為0°，進(jìn)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(zhuǎn)向角非常小，影響可忽略。

圖6 第二軸轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向Simpack模型(見圖7)，保持無軌導(dǎo)向輸入角度為0°，輪胎上跳50 mm，下跳50 mm進(jìn)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(chǎn)生輪胎轉(zhuǎn)向。②平行輪跳時輪胎基本為向左轉(zhuǎn)向。③在輪胎下跳50 mm時輪胎轉(zhuǎn)角為0.9°，在輪胎上跳50 mm時輪胎轉(zhuǎn)角0.2°。

圖8 第六軸轉(zhuǎn)向角(平行輪跳)

保持無軌導(dǎo)向輸入角度為0°，進(jìn)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(chǎn)生輪胎轉(zhuǎn)向。②在輪跳量0 mm時輪胎向右轉(zhuǎn)角為0.1°，在輪跳量50 mm時輪胎向左轉(zhuǎn)角非常小，影響可忽略。

圖9 第六軸轉(zhuǎn)向角(反向輪跳)

1.4 懸架K&C特性優(yōu)化改進(jìn)

通過對以上六軸懸架轉(zhuǎn)向K&C特性研究表明，車輛左、右車輪經(jīng)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(tài)向右轉(zhuǎn)向，第六軸車輪相對之前時刻狀態(tài)向左轉(zhuǎn)向，第二、三、四、五軸車輪與之前時刻狀態(tài)保持不變，最終導(dǎo)致智軌電車較之前時刻狀態(tài)向右跑偏，跑偏程度與激勵大小成正比。

車輛左、右車輪經(jīng)過不同大小的路面激勵時(典型工況是單側(cè)車輪過凹坑，等同于反向輪跳)，其各軸車輪轉(zhuǎn)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(jìn)行懸架與轉(zhuǎn)向硬點(diǎn)優(yōu)化，利用Simpack Insight進(jìn)行平行輪跳轉(zhuǎn)向角靈敏度分析，找出靈敏度最大的幾個硬點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化后結(jié)果如圖10、圖11所示。

圖10 第一軸轉(zhuǎn)向角(平行輪跳)

圖11 第六軸轉(zhuǎn)向角(平行輪跳)

2 底盤參數(shù)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(shù)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(shè)計為0 mm/m，但實(shí)際前束(見圖12)受負(fù)載及裝配精度影響，其前束值不等于設(shè)計值，前束值呈負(fù)值時，使車輪產(chǎn)生朝外側(cè)方向運(yùn)動的趨勢，前束值呈正值時，使車輪產(chǎn)生朝內(nèi)側(cè)方向運(yùn)動的趨勢。過大正/負(fù)前束均會造車輪側(cè)滑，左右輪前進(jìn)方向不一致將影響車輛直線行駛性能。

圖12 前束示意圖

車輪外傾角呈正值時(見圖13)，使車輪產(chǎn)生朝外側(cè)方向運(yùn)動的趨勢，前輪外傾角呈負(fù)值時，使車輪產(chǎn)生朝內(nèi)側(cè)方向運(yùn)動的趨勢。前輪外傾角需要與前束值匹配，由于滿載前束值設(shè)置為零，車輪滿載狀態(tài)外傾角應(yīng)為0°。

圖13 車輪外傾角示意圖

2.2 車軸偏斜研究

車軸偏斜將會直接影響車輛直線行駛姿態(tài)，使車輛偏斜直行如圖14所示。

圖14 車軸偏斜示意圖

2.3 氣囊高度研究

左右氣囊同等高度誤差對車輛直線行駛性能影響類似于懸架平行輪跳固定在某個輪跳高度，等同于車輪始終保持該狀態(tài)下的轉(zhuǎn)向角。另外左右氣囊高度差對車輛直線行駛性能影響類似于懸架反向輪跳固定在某個輪跳高度，等同于車輪始終保持該狀態(tài)下的轉(zhuǎn)向角。

2.4 角度傳感器零位研究

由于智軌電車各軸均是線控轉(zhuǎn)向，角度傳感器零位標(biāo)定至關(guān)重要，傳感器零位不正確，單節(jié)車將出現(xiàn)類似車軸偏斜后果，三節(jié)車將會導(dǎo)致“C”字型、“Z”字型姿態(tài)直行問題。

2.5 規(guī)范底盤調(diào)校與傳感器標(biāo)定

通過上述研究，底盤參數(shù)與傳感器零位正確與否直接影響到智軌電車直線行駛能力。

在智軌電車現(xiàn)有調(diào)試工藝中增加車輪定位參數(shù)調(diào)整、車軸平行度(偏斜)調(diào)整、氣囊高度調(diào)整及傳感器標(biāo)定等工序，如圖15所示。

圖15 底盤調(diào)校與傳感器標(biāo)定工序圖

3 結(jié)語

本文通過對影響車輛直線行駛的懸架K&C特性研究，改善懸架K&C特性；通過對底盤參數(shù)及傳感器零位研究，完善底盤調(diào)試工藝。從設(shè)計及調(diào)試工藝兩方面提高車輛直線行駛能力，糾正車輛行駛狀態(tài)。