[发明专利]一种转向架悬挂参数快速优化方法

说明书

本发明提供了一种转向架悬挂参数快速优化方法，涉及机车车辆的悬挂参数优化设计技术领域。建立车辆动力学仿真模型；并进行悬挂参数优化分析，确定该模型所需的输入变量、取值范围和输出评价指标，将车辆动力学建立联合仿真模块，采用多目标优化算法，设定种群大小n、交叉概率Pc、变异概率Pm和迭代次数N；依据优化目标，对车辆动力学模型进行特征值仿真计算，并通过联合仿真接口将其仿真得到的优化目标值提取出来；将仿真优化后且首次满足评价指标范围内的输出评价指标值作为Pareto前沿数据，最后需要对优化后的数据进行处理，得K个具有代表性的悬挂参数集类别，从中挑选符合设计要求的类别，其对应的参数集为优化设计的转向架悬挂参数。

技术领域

本发明涉及机车车辆的悬挂参数优化设计技术领域。

背景技术

横向蛇行运动稳定性是轮轨列车转向架设计中最关注的问题之一，转向架一、二系悬挂特别是水平方向的悬挂参数，对提高列车转向架横向稳定性并兼顾到列车其它性能起到关键作用。合理的悬挂参数匹配有利于提高列车横向稳定性，并抵抗悬挂参数和轮轨接触参数摄动对系统稳定性的影响(称之为系统健壮性)。因此针对转向架悬挂参数匹配进行优化的研究对于列车的设计至关重要。

对于复杂的列车悬挂系统，除二系水平刚度参数主要影响到车辆曲线通过性能以外，其他水平方向悬挂参数，如一系纵向定位刚度、一系横向定位刚度、抗蛇行减振器阻尼、二系横向减振器阻尼、抗蛇行减振器橡胶关节刚度和二系横向减振器橡胶关节刚度主要影响列车横向运行稳定性。随着高速铁路的快速发展，对车辆系统动力学性能的要求越来越高。列车横向运动稳定性是列车安全运行的重要条件，一旦车辆系统出现转向架蛇行失稳，其运行品质将急剧恶化，导致轮轨作用力加强，危害线路，严重的甚至会引发脱轨事故。所以，针对列车横向稳定性对悬挂参数进行优化设计是十分必要的。

传统的高速列车动力学评价指标主要包括横向平稳性指标、垂向平稳性指标、脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力、倾覆系数等指标。其指标的获得均是假定列车的悬挂参数以及轮轨接触参数是常值的情况下，忽略了转向架悬挂参数和轮轨接触参数摄动对列车动力学性能的影响。而在车辆的制造和实际运行中该两个参数均存在较大扰动，且其对列车的运行安全性会有较大影响。

本研究的关键内容包括了：采用NSGA-II算法进行多目标优化设计；提出并将悬挂参数健壮性和等效锥度健壮性考虑为目标进行优化；采用K-Means聚类的方法对悬挂参数匹配规律进行研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种转向架悬挂参数快速优化方法，它能有效地解决利用基因遗传算法，将转向架悬挂参数优化设计融入到多学科全局仿真设计中的技术问题，从而在多学科的领域条件下，建立一种基于列车横向稳定性转向架悬挂参数优化设计分析方法，最终获得较优的转向架悬挂参数匹配模式，从而提高机车车辆的动力学性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种转向架悬挂参数快速优化方法，步骤如下：

第一、根据高速动车的结构参数建立车辆动力学仿真模型；

第二、根据所构建的车辆动力学仿真模型进行悬挂参数优化分析，确定该模型所需的输入变量、取值范围和输出评价指标，其中，输入变量为需要优化的悬挂参数，输出评价指标为优化目标，取值范围依据已有的悬挂参数取值确定；

第三、通过SIMPACK脚本语言，将车辆动力学模型仿真与MATLAB建立联合仿真模块，采用多目标优化算法NSGA-II算法，设定种群大小n、交叉概率Pc、变异概率Pm和迭代次数N，用于更新设计参数；根据优化结果的数量和分布对NSGA-II算法的参数设置进行调整，设置n为5000个，N为100次；

第四、依据优化目标，对车辆动力学模型进行特征值仿真计算，并通过SIMPACK与MATLAB联合仿真接口将其仿真得到的优化目标值提取出来；