APM車輛運行平穩性仿真分析

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）系統作為城市軌道交通的一種新興典型制式，有著獨特優勢和特點[1]。平穩性是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，對其運行平穩性進行仿真研究。

1 APM車輛運行平穩性評價指標

規范GB5599—85[2]規定客車的平穩性由Sperling指數W來進行評價。W由公式（1）所示：

式中：W—平穩性指數；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。頻率修正系數如表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，然后根據公式（1）算出各個頻率下的平穩性指數Wi，最后將該振動方向上所有的平穩性指數Wi按照公式（2）計算得到綜合的平穩性指數W。

表1 頻率修正系數

因此，得出APM車輛的運行平穩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APM車輛的結構和線路特點，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

細考慮了車體與轉向架及轉向架各部件之間的聯系及相對運動關系。單節APM車輛動力學模型包括3個剛體：一個車體和兩個轉向架[3]。車體和轉向架均具有點頭、浮沉、橫移、搖頭和側滾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 車輛運行平穩性評價標準

圖1 APM整車動力學模型

3 APM車輛運行平穩性仿真及評價

3.1 空載工況運行平穩性仿真

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，不設預壓力。仿真得到如圖2所示的車體質心加速度仿真曲線。

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，不設預壓力。仿真得到如圖3所示的車體質心加速度仿真曲線。

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心加速度仿真曲線。其余工況下，根據仿真結果，求出車輛以不同車速行駛時的垂向、橫向平穩性指數，計算結果如表3所示。

表3 平穩性評價結果

規范GB5599—85規定車輛的平穩性Sperling指數W小于2.5，車輛的運行平穩性即表現優。從表3可以看出，APM車輛在不同車速空載或滿載狀態下的橫向及垂向平穩性均小于2.5，故評定其運行平穩性等級均為優。

4 結語

本文首先參考客車運行平穩性指標，建立了適合APM車輛運行平穩性的評價方法。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性指數。結果表明，APM車輛在不同車速空載或在滿載狀態下均具有較好的運行平穩性。

[參考文獻]

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

[2]余志生.汽車理論[M].北京：機械工業出版社，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.