基于代理模型的城轨车辆悬挂参数优化

摘要

车辆动力学性能设计是车辆设计的关键部分，它影响车辆运行的稳定性、安全性与舒适性。与车辆动力学性能相关的设计参数种类繁多、值域不定，在优化计算反复迭代的过程中，会占用大量的人力资源与计算资源。因此，将设计分析与优化相结合，建立高效的设计优化流程十分重要。 论文基于SIMPACK平台建立某地铁车辆动力学模型，并建立优化集成软件Isight与SIMPACK联合仿真接口。对基于Isight平台的车辆非线性临界速度采集方法进行分析对比，发现使用二分法采集临界速度最为节省时间。采用串联方法建立采集临界速度、平稳性指标、脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和倾覆系数的试验流程，发现该流程显著提高了获取样本数据的效率。 采用优化的拉丁超立方试验设计方法，对包括车辆质量参数、转动惯量参数、几何参数与悬挂参数在内的车辆动力学相关设计参数在设计空间内进行试验，对试验数据进行主效应分析。分析发现车辆悬挂系统是优化车辆动力学性能指标的核心系统，质量与重心位置参数对车辆动力学性能指标影响较大。 采用参数试验法，在较大的设计空间内，逐一探究一系、二系悬挂参数与动力学性能指标的关系并优化取值。在兼顾稳健性与性能指标优化的基础上，将一系与二系悬挂刚度的优化解范围缩小至2~3MN/m范围内；将阻尼系数优化解的范围缩小至 15 kN?s/m~20kN?s /m范围内。 对比了不同代理模型技术对于车辆动力学系统的适用性，采用径向基函数神经网络描述悬挂参数与动力学响应指标的关系。采用遗传算法对代理模型进行多目标优化，得到非劣解集。将非劣解集代入动力学性能指标数据采集流程重新计算并与原始解对比，发现有4组解各项指标均优于原始解。将这4组解在3种典型工况下进行计算，发现动力学性能得到明显优化。

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