王乐欣 王永波 王琦 李金龙
中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266109
摘要：高铁车辆运行的过程中，因道路不平顺等影响，会产生随机振动，这直接关系着乘客乘坐舒适性和车体结构疲劳安全性。其中，影响高铁车辆横向舒适性的因素包括很多方面，从垂直轮轨扰动传递进行分析，轨道道路激活以及二次悬架是其主要影响因素。文章对车体振动分析的理论基础进行了简要的阐述，对影响横向耦合机制的因素进行了分析，得出结论：德国和日本的空气弹簧在节流阻尼设计上存在一定的差异，德国空气弹簧悬架在车辆处于高速行驶时依然可以表现出“软悬浮”特性。
关键词：高铁车辆；车体振动；软悬浮
前言：
为了推动经济迅速发展，我国加大了铁路系统的建设以及对高铁车辆的研发力度，现如今，高铁向着高速环保以及轻量化的方向不断迈进，经过多年的发展，我国的高铁里程和速度均已达到了世界先进的水平。高铁车辆运行速度的提升对车辆的研发技术提出了新的挑战，速度越快，道路不平顺所带来的影响就越大，因此产生的车体振动现象也会愈加明显。对于高铁的正常运营而言，高铁车辆的车体振动不仅直接关系着乘客的乘坐体验，同时也是导致车体构造疲劳安全问题的主要原因之一。本文将对车体的随机振动过程进行研究，目的是提高乘坐舒适性以及解决车辆行驶过程中的疲劳破坏隐患。
一、 车体振动分析的理论基础
目前，转向架主要有以下两种配置：EMU转向架的原始配置以及长转向架的现场调理。安全冗余量直接关系着高速铁路列车的行驶安全。因此，降低（蛇振荡）振动质量是进行高速转向架设计时需要遵循的基本原则。通过对长距离高速铁路应用进行研究可以看出，我国在高速转向架（如ICE3）设计方面取得了一定的进步和技术创新，这对于保证高铁行车的安全冗余有着十分重要的作用。对于高铁车辆而言，由于其高铁线路的服务条件十分复杂，因此在实际运行时，必须要考虑作用在车辆车体上扰动的侧风流固耦合效果。本文将对造成高铁车辆横向振动耦合机制的因素进行深入的分析，以深入研究车辆的稳固鲁棒性能，进而确保高铁车辆运行过程中的稳定性。
1.1 随机振动理论研究
今年来，全世界范围内的众多科研人员对随机振动理论进行了深入的理论研究和实践验证，并取得了重大的进步和研究成果。但是截至目前，对于该理论的研究仍有许多的不足之处，尤其是如何通过调整车辆参数降低振动现象对于乘客乘坐舒适性的影响。
为了深入理解随机振动理论，首先需要对随机过程的具体概念及其统计特性进行分析。经过分析可以发现在对车辆进行动态仿真的过程中，仿真数据和测试信号采集的过程十分类似，采样数据必然存在时域统计特色，这与随机进程的统计特性有着密不可分的关系。
对于每一时辰，t∈T，X（t）是一个的随机变量，那么该随机变量族[X（t），t∈T]就被称之为随机进程。设T为离散时间域，那么X（t）则是一个随机时间序列。对振动过程离散进行采样，就会得到一个时间序列。x1（t），x2（t），……，xn（t）则为随机变量的“样本点”。
1.2．车辆振动的评定
对于车辆振动的评定主要包括行车安全性以及乘坐舒适性两个方面：第一，对于行车安全性方面而言，车辆在行驶过程中需要承受制动力、加速力等，其与车轨之间力的传递需要维持在相对稳定的状态；第二，对于乘坐舒适度方面，通常运用频域法进行分析，有时也会将人体假设为成型滤波器，进而运用时域法进行分析。
二、横向耦合机制形成的主要因素
在进行转向架优配方案设计时，如果降低轮对纵向定位刚度，那么车辆的坚固性态就会产生变化，也就是说转向架的自导向能力得到了一定程度的恢复。根据相关理论研究和实践验证可以看出，通过利用抗蛇带能量吸收机制的作用，通过强制转向架技术可以达到降低振动质量的目的，其具有以下三个特征：首先，纵向和横向定位刚度分别能够保持在120mN /m和12.5mN/m ；其次，抗蛇高频阻抗，在此过程中需要使用防蛇阻尼器，进而实现抗蛇带能量吸收机制；最后，最小等效的锥度需要高于0.166，不然就会造成低锥度的问题。
三、空簧悬挂方式的影响
在车辆处于不同行驶速度时，空簧悬挂方式对于车体结构振动的影响分为以下两种情况：第一，当车辆速度大于300KM/H时，导致车体地板振动的原因主要是空簧动态刚度的软硬差别。相较于德系悬挂而言，使用日系悬挂的车辆发生了明显的低频地板振动，并且地板前端高频振动也会根据列车速度的减小产生一定程度的衰减；第二，当车辆速度小于300KM/H时，其前端地板弹性振动会大幅度降低，一些车辆甚至会忽略不计，但是此时其中间地板的振动幅度会呈现周期变化，进而导致垂向地板弯曲模态振动，当列车行驶速度降低至200KM/H时，德系悬挂对于地板前端振动的影响发生了一些变化，这时通过增设二系垂向减振器的方法，就能起到降低地板前端低频振动的作用，进而改善车辆在低速行驶过程中的垂向舒适性。
四、结论
高速铁路车辆具有一定的高速轮轨扰动特征，在进行转向架悬架以及车身构造设计时需要充分考虑其自身的特殊性。首先，通过对德国空气弹簧悬架进行分析，可以得出其在具体应用中拥有着出色的性能；其次，通过舒适性评估进行分析，德国空气弹簧悬架在车辆处于高速行驶时依然可以表现出“软悬浮”特性；最后，根据刚柔性模仿对车体振动进行分析可以看出，悬空悬架形式与车体中间层振动之间不存在明显的联系。此外，相较于快速轨道而言，高速铁路更加注重安全冗余量，安全冗余量直接关系着高速铁路列车的行驶安全，因此，降低振动质量是进行转向架设计时需要遵循的基本原则。
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