[發明專利]基于多目標優化的軌道車輛重量重心設計優化方法及系統

在審

• 申請號: 201710081232.8
• 申請日: 2017-02-15
• 公開（公告）號: CN106845006A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 段華東;蔣忠城;蔣濟雄;王先鋒;黃學君;袁文輝;張俊;陳晶晶
• 申請（專利權）人: 中車株洲電力機車有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 羅滿

技術領域

本發明涉及軌道車輛及多目標優化算法技術領域，特別涉及一種基于多目標優化的軌道車輛重量重心設計優化方法。本發明還涉及一種基于多目標優化的軌道車輛重量重心設計優化系統。

背景技術

隨著中國機械工業的發展，軌道車輛設計制造業已日趨成熟。

對于軌道車輛而言，車輛系統及各級部件重量和重心控制，軸重、輪重及不平衡率計算是設計環節中的關鍵步驟，國內外車輛研制公司都極其重視。對計算結果的評估國際上采用的標準主要是IEC 61133和DIN 50125。其中，IEC 61133詳細規定了機車重量的誤差范圍、每根軸重與平均軸重的差值范圍和每個輪重與此輪所在輪對的平均值的差值范圍；而DIN 50125只規定了機車的重量，軸重，輪重，機車重量的誤差，每根軸重與平均軸重的差值，每個輪重與此輪所在輪對的平均值的差值應該滿足合同或標書的要求，并沒有給出具體數值。在歐洲，尤其是在德國的機車設計中，仍然采用UIC 610規定的數值作為DIN 50125補充。

目前，現有車型重量計算均人工控制，在車輛設計過程中，未能將車輛各級部件的重量、重心、輪重、軸重按合同或相關標準考核，各個零部件重量及分布位置的分配方案難以達到最優點。在軌道車輛施工設計或者制造階段，部分車型軸重嚴重超標，需要重量優化系統實現車輛減重，同時對現有項目進行輕量化設計時，需要對車輛系統及各級部件重量優化分配。車輛重量的增加導致能耗增加、輪軌磨耗增加以及成本增加，并很難將車輛重量、軸重和輪重限制在規定范圍之內。

因此，如何實現對軌道車輛上各個零部件的重量及分布優化，達到輕量化設計目的，同時提高車體內空間利用率，是本領域技術人員亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于多目標優化的軌道車輛重量重心設計優化方法，能夠實現對軌道車輛上各個零部件的重量及分布優化，達到輕量化設計目的，同時提高車體內空間利用率。本發明的另一目的是提供一種基于多目標優化的軌道車輛重量重心設計優化系統。

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于多目標優化的軌道車輛重量重心設計優化方法，包括：

測量軌道車輛的各個組成部件的當前重量及當前重心坐標，以此計算軌道車輛的車體重量F_cb和車體重心坐標X_cb、Y_cb、Z_cb，并將數據寫入重量重心參數表；

根據所述重量重心參數表的參數計算轉向架中各軸的軸重偏差與輪重偏差，并將數據寫入軸重輪重計算表；

根據所述重量重心參數表及軸重輪重計算表中的數據在優化軟件中建立優化任務模型，其中，以車體重量F_cb和車體重心坐標X_cb、Y_cb、Z_cb為優化變量，以各個所述組成部件的重量及重心坐標為設計變量，以轉向架中各軸的軸重偏差與輪重偏差為約束變量；

對所述優化任務模型運用預設算法確定其中所述設計變量和約束變量的取值范圍，以及所述優化變量的優化指標；

通過預設的多目標優化算法對所述優化任務模型進行多目標優化計算，獲得優化后的各個所述組成部件的重量及重心坐標。

優選地，計算軌道車輛的車體重量和車體重心坐標具體包括：

根據各個所述組成部件的重量及重心坐標分別計算其重力矩；

根據各個所述組成部件的重量和重力矩，求和計算軌道車輛的總重量和總重力矩，再根據轉向架重量F_bg計算車體重量F_cb和車體重力矩；

根據車體重量F_bg和車體重力矩計算車體重心坐標X_cb、Y_cb、Z_cb。

優選地，將數據寫入重量重心參數表具體包括：

將各個所述組成部件的當前重量及當前重心坐標寫入設備重量表；

測量轉向架中心距a、軸距d、滾動圓距離d₁、轉向架重心與二系支撐重心距離d₂、轉向架重心與二系支撐重心距離d₃，并寫入結構參數表。

優選地，對所述優化任務模型運用預設算法確定其中所述設計變量和約束變量的取值范圍，以及所述優化變量的優化指標，具體包括：