需求驱动的高速列车动力学参数优化设计方法研究及系统研制

摘要

高速列车经过多年的发展，已经形成了一系列成熟的车型，如200、250、300等不同时速级的高速列车系列。但随着运用条件的变化，高速列车的动力学性能也会随之受到很大的影响，且不同运用条件（如运行环境、地形、气候等）对高速列车功能、特征（速度、轴重等）、性能的需求也不同。在高速列车动力学性能设计过程中，传统的设计模式不仅不能及时地响应用户需求，而且对设计人员的经验要求较高，难以实现对设计经验的重用，降低设计效率。因此，本文从需求的角度出发，针对高速列车动力学性能，开展了需求驱动的高速列车动力学参数优化设计方法的研究，实现对动力学性能的设计。通过需求与设计的映射机制，将需求映射到设计中;基于映射结果，通过基于知识的动力学参数优化设计方法来对设计问题进行求解，该方法基于知识库快速获取值得关注的设计空间，减少对设计者经验的依赖，结合智能优化算法对动力学参数进行迭代计算，获取设计结果，以满足设计需求。
　　本文的主要内容如下:
　　(1)通过需求采集获取高速列车动力学性能相关运用需求，建立设计需求库;分析需求项对高速列车动力学性能设计的影响;建立需求与动力学设计之间的映射机制。
　　(2)探讨需求映射方法，结合映射机制，将需求映射到动力学性能设计中;基于映射结果，研究基于仿真工况集的高速列车动力学性能设计方法，通过对设计问题求解，获取设计结果，以满足多个仿真工况的动力学性能要求。
　　(3)为实现设计问题的求解，研究基于知识的高速列车动力学参数优化设计方法。该方法基于知识库快速获取设计空间;运用LS-SVM建立多工况下动力学计算的近似模型;结合动力学性能多目标优化策略、DE算法，实现动力学参数的优化设计。
　　(4)根据以上方法和流程，基于VS2008平台，研制了需求驱动的高速列车动力学参数优化设计系统，最后通过实例计算，验证了设计方法的可行性。
　　通过以上研究，建立了一套需求驱动的动力学参数优化设计方法，基于该方法，研制了一套设计系统，并且通过实例计算验证了系统的功能，为获取满足需求的参数设计方案提供了有效的技术手段。

目录

声明

摘要

主要符号表

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 基于需求的产品设计研究现状

1．2．2 高速列车动力学参数设计方法研究现状

1．2．3 运行条件对高速列车动力学性能影响分析的研究现状

1．2．4 设计平台研究现状

1．3 现有研究的不足

1．4 本文研究内容

第2章 高速列车动力学性能相关运用需求分析

2．1 高速列车动力学性能相关运用需求采集方法

2．2 高速列车动力学性能相关运用需求分析

2．2．1 高速列车动力学相关运用需求项的提取

2．2．2 高速列车运行环境分析

2．2．3 运行环境对高速列车动力学性能设计的影响分析

2．3 高速列车动力学性能相关运用需求描述

2．4 小结

第3章 需求驱动的高速列车动力学性能设计方法

3．1 需求驱动的复杂产品设计方法

3．2 需求驱动的高速列车动力学性能设计流程

3．3 高速列车运用需求与其动力学性能设计的映射

3．3．1 高速列车相关运用需求与其动力学性能设计的映射方法

3．3．2 高速列车运用需求与其动力学性能设计输入的映射

3．3．3 高速列车运用需求与动力学性能设计指标的映射

3．3．4 高速列车相关运用需求与仿真工况集的映射

3．4 基于工况集的高速列车动力学性能设计

3．5 小结

第4章 基于知识的高速列车动力学参数优化设计

4．1 高速列车动力学性能设计知识获取

4．1．1 确定高速列车动力学性能设计初始空间

4．1．2 基于近似模型的高速列车动力学参数灵敏度分析方法

4．1．3 高速列车参数灵敏度分析及设计空间缩减

4．2 高速列车动力学性能设计知识的表达与存储

4．3 基于知识的高速列车动力学参数优化设计

4．3．1 基于知识的复杂产品设计方法

4．3．2 工程优化问题

4．3．3 基于知识的高速列车动力学参数优化设计

4．4 小结

第5章 需求驱动的高速列车动力学参数优化设计系统研制

5．1 系统简介

5．2 系统功能设计

5．3 系统架构及功能模块设计

5．3．1 系统框架结构设计

5．3．2 系统功能模块的设计

5．4 系统核心模块的功能实现

5．4．1 需求映射模块的功能实现

5．4．2 动力学参数优化设计的功能实现

5．5 系统的应用实例

5．5．1 设计需求的获取及映射

5．5．2 高速列车动力学参数设计过程

5．5．3 优化结果验证

5．6 小结

总结与展望

总结

展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间作者的科研成果