基于组合优化策略的动车组悬挂参数优化设计_张昕磊.pdf

1、 第41卷 第1期2023年1月MACHINERY&ELECTRONICSVo l.41No.1J an.2023收 稿 日 期:2022 06 14基 金 项 目:国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目(51875073)作 者 简 介:张 昕 磊(1997-),男,河 北 唐 山 人,硕 士 研 究 生,研 究 方 向 为 车 辆 结 构 分 析 与 现 代 设 计 方 法;李 永 华(1971-),女,黑 龙 江 青冈 人,博 士,教 授,研 究 方 向 为 车 辆 结 构 分 析 与 现 代 设 计 方 法、车 辆 结 构 疲 劳 可 靠 性 分 析、机 械 产 品 数 字 仿

2、 真 与 优 化 设 计、质 量 与RAMS 工 程。基 于 组 合 优 化 策 略 的 动 车 组 悬 挂 参 数 优 化 设 计张 昕 磊1,李 永 华1,王 衍2,李 继 康1(1.大 连 交 通 大 学 机 车 车 辆 工 程 学 院,辽 宁 大 连116028;2.大 连 交 通 大 学 计 算 机 与 通 信 工 程 学 院,辽 宁 大 连116028)摘 要:为 快 速 获 得 改 善 车 辆 横 向 平 稳 性 的 最 优 悬 挂 参 数,提 出 基 于 自 适 应 模 拟 退 火 算 法 和 非 线 性 序列 二 次 规 划 算 法 的 组 合 优 化 策 略 对 动 车 组

3、 悬 挂 参 数 进 行 优 化 设 计。建 立 动 车 组 动 力 学 模 型,利 用 最 优 拉 丁超 立 方 抽 样 方 法 选 取 对 横 向 平 稳 性 影 响 较 大 的 悬 挂 参 数 作 为 设 计 变 量;以 横 向 平 稳 性 为 目 标 函 数 构 建Kr i g i ng代 理 模 型,并 利 用 可 决 系 数 检 验 代 理 模 型 精 度;采 用 自 适 应 模 拟 退 火 算 法 对 代 理 模 型 进 行 全 局 范 围内 初 步 寻 优,在 初 步 最 优 解 的 基 础 上 采 用 非 线 性 序 列 二 次 规 划 算 法 进 行 局 部 空 间 精 确

4、 求 解。研 究 结 果 表明,基 于Kr i g i ng代 理 模 型 和 组 合 优 化 策 略 的 优 化 效 率 明 显 提 高,车 辆 横 向 平 稳 性 得 到 显 著 改 善,并 且 优 化前 后 运 行 稳 定 性 均 满 足 要 求。关 键 词:悬 挂 参 数;横 向 平 稳 性;组 合 优 化 策 略;最 优 拉 丁 超 立 方;Kr i g i ng代 理 模 型中 图 分 类 号:U266 文 献 标 志 码:A 文 章 编 号:1001 2257(2023)01 0075 06O p t i m i z a t i o nD e s i g n f o r S u

5、s p e n s i o n P a r a m e t e r s o f E M UB a s e d o n C o m b i n a t o r i a l O p t i m i z a t i o n S t r a t e g yZ H A N G X i n l e i1,L I Y o n g h u a1,W A N G Y a n2,L I J i k a n g1(1.Schoo lo fLo c omo t i veandRo l l i ngS t o ckEng i ne e r i ng,Da l i anJ i ao t ongUn i ve r s i

6、t y,Da l i an116028,Ch i na;2.Schoo lo fCompu t e randCommun i c a t i onEng i ne e r i ng,Da l i anJ i ao t ongUn i ve r s i t y,Da l i an116028,Ch i na)A b s t r a c t:I no r de rt oob t a i nt heop t ima lsuspens i onpa r ame t e r sf o rimp r ov i ngt hel a t e r a ls t ab i l i t yo ft hev e h

7、i c l e,ac omb i n a t o r i a lop t imi z a t i ons t r a t e gyb a s e dona d a p t i v es imu l a t edanne a l i nga l go r i t hmandnonl i ne a rp r og r ammi ngbyquad r a t i cl ag r ang i ana l go r i t hmi sp r opo s edt oop t imi z et hesuspens i onpa r ame t e r so fEMU.Thedynami cmode lo f

8、t heEMUi se s t ab l i shed,andt hede s i gnva r i ab l e sa r er ega r deda st hesuspen-s i onpa r ame t e r st ha ta f f e c tt hel a t e r a ls t ab i l i t ybyus i ngt heop t ima lLa t i nhype r cubeme t hod.Kr i g i ngsur-r oga t emode li sc ons t ruc t edwi t ht heob j e c t i vef unc t i ono

9、ft hel a t e r a ls t ab i l i t y,andt hef i t t i nga c cu r a c yo ft hesur r oga t emode li st e s t edbyt hecoe f f i c i en to fde t e rmi na t i on.Thesu r r oga t emode li si n i t i a l l yop t imi z edbyus i ngt headap t i ves imu l a t edanne a l i nga l go r i t hmi nt heg l oba ls c ope

10、,andt henon l i ne a rp r og r ammi ngbyquad r a t i cl ag r ang i ana l go r i t hmi sus edt oso l vet hep r ob l ema c cu r a t e l yi nt hel oc a ls c opeont heba s i so ft hei n i t i a lop t ima lso l u t i on.Re s e a r chr e su l t sshowt ha tt heop t imi z a t i one f f i c i enc yi sobv i o

11、us l yimp r ovedba s edonKr i g i ngsur r oga t emode landt hec omb i na t o r i a lop t imi z a t i ons t r a t egy.Thel a t e r a ls t ab i l i t yo ft hev e h i c l ei ss i gn i f i c a n t l yimp r o v e d,t h er unn i ngs t a b i l i t yme e t st h er e qu i r eme n t sb e f o r ea nda f t e ro

12、p t imi z a t i on.K e y w o r d s:suspens i onpa r ame t e r s;l a t e r a ls t ab i l i t y;c omb i na t o r i a lop t imi z a t i ons t r a t egy;op t ima lLa t i nhype r cube;Kr i g i ngsur r oga t emode l5 72023(1)0 引 言随 着 动 车 组 运 行 速 度 的 日 益 提 高,车 辆 的 平 稳性 和 稳 定 性 越 来 越 受 到 关 注 1。动 车 组 转 向 架 悬

13、 挂系 统 是 复 杂 多 参 数 系 统,由 于 加 工 制 造 误 差 和 橡 胶老 化 等 原 因,使 得 生 产 和 运 行 过 程 中 悬 挂 参 数 存 在不 确 定 性,同 时 悬 挂 参 数 变 化 影 响 着 车 辆 运 行 平 稳性 和 稳 定 性。因 此,分 析 悬 挂 参 数 对 动 力 学 性 能 的影 响 极 为 重 要。近 年 来,国 内 外 学 者 围 绕 转 向 架 悬 挂 参 数 的 优化 开 展 了 大 量 研 究。张 涛 等 2研 究 了 地 铁 一 系 悬 挂和 扣 件 刚 度 参 数 对 车 辆 动 力 学 性 能 的 影 响;王 欢 声等 3针 对

14、 变 轨 距 转 向 架 悬 挂 参 数 进 行 优 化 匹 配,提出 了 关 键 悬 挂 参 数 匹 配 方 案;岳 鹏 等 4基 于UM软件 建 立 某 高 速 客 车 动 力 学 模 型,研 究 了 车 辆 通 过 曲线 时 一 系 悬 挂 纵 向 和 横 向 刚 度 对 车 辆 动 力 学 性 能的 影 响;宗 聪 聪 等 5利 用 遗 传 算 法 对 二 系 悬 挂 进 行优 化,降 低 了 转 向 架 蛇 行 模 态 对 车 体 晃 动 的 影 响。然 而,上 述 研 究 需 要 多 次 调 用 非 线 性 程 度 较 高 的 车辆 系 统 动 力 学 模 型,求 解 参 数 过

15、程 耗 时 较 长,而 代理 模 型 利 用 函 数 代 替 复 杂 的 理 论 模 型,能 够 提 高 求解 效 率。Yang等 6运 用Kr i g i ng代 理 模 型,通 过 多岛 遗 传 算 法 寻 求 悬 挂 参 数 的 最 优 组 合。智 能 优 化算 法 虽 然 全 局 搜 索 能 力 很 强,但 是 局 部 搜 索 能 力 较差,求 解 时 间 长,效 率 降 低 7。本 文 以 国 内 某 动 车 组 为 对 象,使 用S IMPACK软 件 建 立 车 辆 系 统 动 力 学 模 型,借 助S IMPACK软件 与I s i gh t软 件 联 合 仿 真 计 算 平

16、台 分 析 悬 挂 参 数 对横 向 平 稳 性 的 影 响,选 取5个 灵 敏 度 较 大 的 悬 挂 参数 作 为 设 计 变 量,并 以 横 向 平 稳 性 为 目 标 函 数 建 立Kr i g i ng代 理 模 型。基 于 自 适 应 模 拟 退 火 算 法 和 非线 性 序 列 二 次 规 划 算 法 的 组 合 优 化 策 略,在Kr i g i ng代 理 模 型 的 基 础 上 对 悬 挂 参 数 进 行 优 化,并 通 过 仿真 验 证 优 化 结 果 的 有 效 性。1 车 辆 系 统 动 力 学 模 型 的 建 立根 据 多 体 动 力 学 理 论,运 用S IMPA

17、CK软 件 建立 国 内 某 动 车 组 动 力 学 模 型,该 模 型 由1个 车 体、2个 构 架、4个 轮 对 和8个 轴 箱 组 成,轮 对 与 构 架 通 过一 系 悬 挂 系 统 连 接,构 架 与 车 体 通 过 二 系 悬 挂 系 统连 接,其 拓 扑 结 构 如 图1所 示。6!#$%&2()*$%&+,-./,-.6!#*$%&6!#34$012图1 车 辆 系 统 动 力 学 模 型 拓 扑 结 构参 考TB106212014 高 速 铁 路 设 计 规 范 进行 仿 真 运 行 工 况 设 置,直 线 和 曲 线 工 况 行 驶 速 度 均为300km/h,直 线 工

18、况 运 行 里 程 为1500m;曲 线 共有3种 工 况,曲 线 线 路 参 数 设 置 为:直 线、缓 和 曲 线和 圆 曲 线 长 度 分 别 为200m、300m和300m,外 轨超 高 为120mm,曲 线 半 径 分 别 为5500m、7000m和10000m,以 德 国 低 干 扰 谱 作 为 轮 轨 激 励,其 不平 顺 如 图2所 示。6420246-!/mm0 200 400 600 800 1 000#$/m%&()*&(图2 轨 道 不 平 顺2 悬 挂 参 数 灵 敏 度 分 析研 究 表 明,动 车 组 转 向 架 悬 挂 刚 度 和 阻 尼 等 参数 对 车 辆

19、动 力 学 性 能 影 响 较 大,分 析 每 个 悬 挂 参 数对 车 辆 动 力 学 性 能 的 影 响,筛 选 关 键 悬 挂 参 数 进 行全 面 分 析 8。灵 敏 度 分 析 可 以 正 确 选 择 出 对 目 标 函数 影 响 较 大 的 参 数,减 少 待 优 化 变 量 数 目,进 而 提高 优 化 效 率 9。本 文 建 立 的 车 辆 系 统 动 力 学 模 型 有12个 主 要 悬 挂 参 数,其 名 称 及 符 号 如 表1所 示。利 用 建 立 的 直 线 工 况,采 用 最 优 拉 丁 超 立 方 抽 样方 法 10研 究 悬 挂 参 数 对 横 向 平 稳 性

20、的 影 响。若 手 动将 每 组 样 本 点 导 入S IMPACK软 件,然 后 计 算 并 记 录横 向 平 稳 性 的 数 值 需 要 浪 费 大 量 时 间,因 此 建 立S IMPACK软 件 与I s i gh t软 件 联 合 仿 真 计 算 平 台。在I s i gh t中 调 用2个S imcode组 件,第1个S imcode6 7张 昕 磊 等:基 于 组 合 优 化 策 略 的 动 车 组 悬 挂 参 数 优 化 设 计机 电 一 体 化组 件 为S IMPACK前 处 理,读 取S IMPACK软 件 的置 换 变 量 文 件 进 行 模 型 参 数 化 和 自 动

21、计 算;第2个S imc ode组 件 为S IMPACK后 处 理,转 化 计 算 结 果并 将 计 算 结 果 定 义 为 响 应。联 合 仿 真 计 算 流 程 如图3所 示。表1 主 要 悬 挂 参 数参 数 名 称 符 号一 系 圆 弹 簧 横 向 刚 度/(kNm-1)X1一 系 圆 弹 簧 垂 向 刚 度/(kNm-1)X2一 系 垂 向 减 振 器 刚 度/(kNm-1)X3一 系 垂 向 减 振 器 阻 尼/(kNsm-1)X4转 臂 节 点 纵 向 刚 度/(kNm-1)X5转 臂 节 点 横 向 刚 度/(kNm-1)X6空 气 弹 簧 横 向 刚 度/(kNm-1)X7

22、空 气 弹 簧 垂 向 刚 度/(kNm-1)X8二 系 横 向 减 振 器 刚 度/(kNm-1)X9二 系 横 向 减 振 器 阻 尼/(kNsm-1)X10二 系 垂 向 减 振 器 阻 尼/(kNsm-1)X11牵 引 拉 杆 刚 度/(kNm-1)X12!#$DOESIMPACK%&SIMPACK(&图3 S IMPACK软 件 与I s i gh t软 件 联 合 仿 真 计 算经 仿 真 计 算 得 到 横 向 平 稳 性 的 灵 敏 度 如 图4所 示。60005000400030002000100001000.-.!#/$X12X11X10X9X8X7X6X5X4X3X2 X

23、1%&(图4 横 向 平 稳 性 的 灵 敏 度灵 敏 度 为 正 值 时,表 示 横 向 平 稳 性 随 悬 挂 参 数的 增 大 而 增 大;灵 敏 度 为 负 值 时,表 示 横 向 平 稳 性随 悬 挂 参 数 的 增 大 而 减 小。由 图4可 知,二 系 横 向减 振 器 阻 尼X10对 横 向 平 稳 性 影 响 最 大,灵 敏 度 为50.63%;转 臂 节 点 纵 向 刚 度X5和 空 气 弹 簧 横 向 刚度X7的 影 响 程 度 接 近,分 别 为17.45%和13.70%。3 代 理 模 型 的 构 建 及 检 验动 车 组 实 际 运 行 过 程 中,温 度 变 化

24、对 于 橡 胶 元件 和 液 压 减 振 器 的 影 响 较 大,引 起 悬 挂 参 数 的 变 化范 围 为50%100%11。因 此,根 据 悬 挂 参 数 灵 敏度 分 析 结 果,选 取 灵 敏 度 绝 对 值 较 大 的5个 悬 挂 参数 作 为 设 计 变 量,在 车 辆 系 统 动 力 学 模 型 中 对 设 计变 量 进 行 参 数 化,各 设 计 变 量 初 始 值 及 取 值 区 间 如表2所 示。表2 设 计 变 量 取 值 区 间设 计 变 量 初 始 值 下 限 值 上 限 值X5/(kNm-1)1.2001056.0001041.800105X6/(kNm-1)1.

25、2501046.2501031.875104X7/(kNm-1)133.000 66.500 199.500X9/(kNm-1)4250.000 2125.000 6375.000X10/(kNsm-1)15.000 7.500 22.500 采 用 最 优 拉 丁 超 立 方 抽 样 方 法 抽 取100组 试 验样 本 点,每 组 样 本 均 为 直 线 工 况 下 计 算 横 向 平 稳性,试 验 设 计 及 横 向 平 稳 性 实 际 值 如 表3所 示。表3 试 验 设 计 及 实 际 值设 计 变 量 试 验1 试 验2 试 验100X5/(kNm-1)1.1091051.6791

26、051.085105X6/(kNm-1)1.1431041.5341041.875104X7/(kNm-1)83.963 100.083105.456X9/(kNm-1)6332.075 5044.3255731.125X10/(kNsm-1)12.651 21.59116.289横 向 平 稳 性 2.024 2.3592.184 根 据 表3中100组 包 含 设 计 变 量 及 其 所 对 应 的横 向 平 稳 性 实 际 值 的 样 本 点,建 立Kr i g i ng代 理 模型 12,再 生 成10组 样 本 点 用 于 检 验 代 理 模 型 的 精度。采 用 可 决 系 数R2

27、衡 量 代 理 模 型 的 精 度,其 表 达式 为R2=1-S2ES2T=1-ni=1y i-y i()2ni=1y i-y()2(1)7 72023(1)S2T为 总 离 差 平 方 和;S2E为 残 差 平 方 和;y i为 预测 值;y i为 实 际 值;y为 所 有 实 际 值 的 平 均 值。在 工程 应 用 中,一 般 认 为 当 可 决 系 数 大 于0.90时,代 理模 型 精 度 满 足 要 求,可 以 替 代 动 力 学 模 型 进 行 分 析和 优 化 13。将 横 向 平 稳 性 的 实 际 值 和 预 测 值 代 入 式(1),计 算 得 到Kr i g i ng代

28、 理 模 型 的 可 决 系 数R2为0.96,拟 合 程 度 较 高,可 以 进 行 下 一 步 的 分 析 计 算。为 了直 观 地 展 示Kr i g i ng代 理 模 型 的 拟 合 精 度,绘 制 横 向平 稳 性 实 际 值 和 预 测 值 的 相 关 图 14,如 图5所 示。!#2100.2500240023002200210020001900.$%#1900.2000.2200.2300.2400.2500.图5 实 际 值 和 预 测 值 相 关 图由 图5可 知,用 于 代 理 模 型 精 度 检 验 的10组 样本 点 均 落 在45 对 角 线 附 近,说 明 横

29、向 平 稳 性Kr i g-i ng代 理 模 型 的 预 测 值 和 实 际 值 相 差 不 大,拟 合 精度 较 高。4 悬 挂 参 数 优 化 及 分 析4.1 组 合 优 化 策 略全 局 优 化 算 法 虽 然 能 够 有 效 搜 索 最 优 解,但 计算 量 较 大,寻 优 时 间 较 长,求 解 效 率 降 低;数 值 优 化算 法 求 解 设 计 空 间 连 续 或 单 峰 函 数 时 效 率 较 高,但是 求 解 多 峰 函 数 时 依 赖 于 初 始 设 计 点 的 位 置,可 能会 落 入 局 部 最 优 解 15。为 了 快 速 准 确 地 获 得 全 局最 优 解,本

30、 文 将 自 适 应 模 拟 退 火(adap t i ves imu l a t edanne a l i ng,ASA)算 法 16和 非 线 性 序 列 二 次 规 划(non l i ne a rp r og r ammi ngbyquad r a t i cl ag r ang-i an,NLPQL)算 法 17结 合 进 行 参 数 寻 优,发 挥ASA算 法 的 全 局 搜 索 能 力 和NLPQL算 法 的 高 效 局 部 搜索 能 力。ASA算 法 按 照Me t r opo l i s准 则 接 受 新 解,Me-t r opo l i s准 则 表 达 式 为P=1 F(

31、j)F(i)exp-F(j)-F(i)k T KF(j)F(i)(2)i为 随 机 的 初 始 解;j为 扰 动 后 的 新 解;F(i)为 初 始 解i的 目 标 函 数 值;F(j)为 新 解j的 目 标函 数 值;k为 玻 尔 兹 曼 常 数;T K为 当 前 迭 代 下 的温 度 值。该 算 法 采 用1989年I ngbe r提 出 的 降 温 方式 18,其 表 达 式 为T K=T0exp-C K1N()(3)T0为 初 始 温 度;C为 给 定 常 数;K为 迭 代 次 数;N为 设 计 变 量 个 数。4.2 数 值 算 例 分 析Ra s t r i g i n函 数 是

32、一 种 典 型 的 复 杂 对 称 多 峰 测试 函 数,对 于 有2个 独 立 自 变 量 的Ra s t r i g i n函 数,其 函 数 表 达 式 为f x,y()=20+x2+y2-10co s2 x+c os2 y()(4)x和y的 取 值 范 围 均 为-5.12,5.12,测 试 函数 的 图 像 如 图6所 示,该 函 数 有 多 个 局 部 极 小 值 点,但 只 有1个 全 局 最 小 点(0,0),该 点 函 数 值 为0。9000.8000.7000.6000.5000.4000.3000.2000.1000.0-.400-.2000200.400.-.400-.

33、2000200.400.yxf x y(,)图6 Ra s t r i g i n函 数 图 像分 别 使 用ASA算 法、NLPQL算 法 和ASA+NLPQL组 合 算 法 求 解Ra s t r i g i n函 数 最 小 值,ASA算 法 的 最 大 迭 代 次 数 为1000,收 敛 检 验 设 计 数 为5,退 火 和 淬 火 的 相 对 速 率 参 数 均 为1,初 始 温 度 参数 为1;NLPQL算 法 的 最 大 迭 代 次 数 为40,收 敛 精度 为10-6。在 设 计 空 间 中 随 机 选 取2个 初 始 点 进行 优 化,优 化 结 果 如 表4所 示。由 表4

34、可 知,ASA算 法 虽 然 优 化 效 率 较 慢,但是 能 够 从 任 意 初 始 点 出 发 接 近 全 局 最 优 点;NLPQL算 法 收 敛 速 度 快,但 最 优 解 与 初 始 点 的 选 取 有 关,容 易 出 现 局 部 最 优。ASA+NLPQL组 合 算 法 既 保证 了 优 化 精 度,也 提 高 了 优 化 效 率,说 明 该 组 合 优化 策 略 具 有 可 靠 性 和 有 效 性。8 7张 昕 磊 等:基 于 组 合 优 化 策 略 的 动 车 组 悬 挂 参 数 优 化 设 计机 电 一 体 化表4 Ra s t r i g i n函 数 优 化 结 果 对

35、比初 始 点 优 化 算 法 收 敛 点 最 优 值 迭 代 次 数(1.00,0)ASA(1.6110-6,-2.0010-5)7.9910-8871NLPQL(0.99,-4.9210-5)1.00 20ASA+NLPQL(2.1910-7,-1.6010-5)5.0810-8759(2.00,2.00)ASA(3.1410-6,1.3310-5)3.7110-8931NLPQL(0.99,0.99)2.00 20ASA+NLPQL(-1.5110-6,-2.9110-6)2.1310-97354.3 悬 挂 参 数 优 化以 悬 挂 参 数 为 设 计 变 量,以 悬 挂 参 数 变 化

36、 范 围为 约 束 条 件,以 横 向 平 稳 性 最 小 值 为 优 化 目 标 构 建动 车 组 悬 挂 参 数 优 化 模 型 可 描 述 为mi n Ws.t.Xmi nm X m Xmaxm m=5,6,7,9,10()(5)W为 横 向 平 稳 性;Xmi nm和Xmaxm分 别 为 第m个设 计 变 量 的 上、下 限。基 于 组 合 优 化 策 略 的 动 车组 悬 挂 参 数 优 化 流 程 如 图7所 示,组 合 优 化 策 略中 各 算 法 的 参 数 设 置 与4.2节 相 同,优 化 后 得 到最 优 解 的 悬 挂 参 数 和 横 向 平 稳 性 预 测 值 如 表

37、5所 示。!#$Y%&()*+,-./01+,23456789:;?A BC NLPQLYDEFGHIJKLT TKM?minY%&NOJKL?NP QRSTLUVBC WNNXB KYZ_aQbKrigingWjNcdefg=?=,Xi jX X X X X5 6 7 9 10Tj j j jXB KYZ_aQbKrigingWihiefj$=?=,Xi i i i i iX X X X X5 6 7 9 10T1Ij$FG k6EFGTT0minl=-W W Wj ilW 0 M?mng=?o_aQb=,=X Xi j i jW WPp,)?Random 0 1XBqrPYYNstuZvw

38、xBC图7 组 合 优 化 策 略 优 化 流 程表5 优 化 前 后 设 计 变 量 及 目 标 函 数 对 比设 计 变 量 初 始 参 数 优 化 后 参 数X5/(kNm-1)1.2001051.013105X6/(kNm-1)1.2501041.223104X7/(kNm-1)133.000 88.390X9/(kNm-1)4250.000 3850.092X10/(kNsm-1)15.000 9.207横 向 平 稳 性 2.212 1.806 由 表5可 知,悬 挂 参 数 优 化 前 后 横 向 平 稳 性 得到 明 显 改 善,优 化 率 达 到18.354%,并 且 迭 代

39、 次 数为603次,优 化 效 率 较 高。将 最 优 解 的 悬 挂 参 数 取值 输 入 车 辆 动 力 学 模 型 直 线 工 况 中,经 过 计 算 得 到横 向 平 稳 性 为1.928,实 际 优 化 率 为12.839%。预测 值 与 实 际 值 之 间 的 误 差 率 为6.328%,小 于 相 对误 差 的 容 许 值30%,进 一 步 说 明 代 理 模 型 精 度 满 足要 求 19。将 最 优 解 的 悬 挂 参 数 输 入 车 辆 动 力 学 模型 曲 线 工 况 中,计 算 得 到 优 化 前 后 曲 线 动 力 学 性 能如 表6所 示。表6 优 化 前 后 曲

40、线 动 力 学 性 能 对 比曲 线 半径/m脱 轨 系 数 轮 重 减 载 率 轮 轴 横 向 力/kN优 化 前 优 化 后 优 化 前 优 化 后 优 化 前 优 化 后5500 0.39 0.27 0.65 0.56 23.07 22.097000 0.25 0.19 0.57 0.59 15.13 15.2010000 0.21 0.18 0.53 0.55 16.74 11.40 参 考GB/T55992019 机 车 车 辆 动 力 学 性 能评 定 及 试 验 鉴 定 规 范 中 运 行 稳 定 性 评 定 标 准,脱轨 系 数、轮 重 减 载 率 和 轮 轴 横 向 力 的

41、上 限 值 分 别 为0.80、0.80和70.59kN。由 表6可 知,优 化 前 后 车辆 运 行 稳 定 性 均 满 足 要 求,不 会 出 现 脱 轨 现 象。5 结 束 语提 出 基 于 自 适 应 模 拟 退 火 算 法 和 非 线 性 序 列二 次 规 划 算 法 的 组 合 优 化 策 略 对 动 车 组 悬 挂 参 数进 行 优 化 设 计,得 到 以 下 结 论:a.横 向 平 稳 性 灵 敏 度 分 析 结 果 表 明,二 系 横 向减 振 器 阻 尼 对 横 向 平 稳 性 影 响 最 大,其 次 为 转 臂 节点 纵 向 刚 度 和 空 气 弹 簧 横 向 刚 度;适

42、 当 减 小 对 横 向平 稳 性 影 响 较 大 悬 挂 参 数 的 数 值,有 利 于 车 辆 平 稳运 行。b.通 过 对 比ASA算 法、NLPQL算 法 和ASA+NLPQL组 合 算 法 寻 求Ra s t r i g i n函 数 最 小 值 的 过9 72023(1)程,证 明 了ASA+NLPQL算 法 的 可 靠 性 和 有 效 性。c.基 于 组 合 优 化 策 略 的 动 车 组 悬 挂 参 数 优 化过 程 中,使 用Kr i g i ng代 理 模 型 代 替 复 杂 的 动 力 学模 型,避 免 了 优 化 时 间 较 长 的 问 题,提 高 了 计 算 效率;精

43、 度 较 高 的 代 理 模 型,保 证 了 优 化 结 果 准 确性。优 化 结 果 表 明,横 向 平 稳 性 实 际 优 化 率 达 到12.839%,横 向 平 稳 性 得 到 显 著 改 善,运 行 稳 定 性也 均 满 足 要 求。参 考 文 献:1 熊 嘉 阳,沈 志 云.中 国 高 速 铁 路 的 崛 起 和 今 后 的 发 展J.交 通 运 输 工 程 学 报,2021,21(5):6 29.2 张 涛,展 旭 和,金 泰 木,等.地 铁 车 辆 悬 挂 参 数 与 轨 道 扣件 参 数 优 化 匹 配 研 究J.铁 道 建 筑,2021,61(7):145 148.3 王

44、欢 声,冯 永 华,罗 赟,等.1435/1520mm变 轨 距 转 向架 关 键 参 数 优 化 匹 配 分 析J.铁 道 机 车 车 辆,2020,40(4):72 79.4 岳 鹏,李 国 芳,丁 旺 才,等.一 系 水 平 悬 挂 刚 度 对 高 速 客车 动 力 学 性 能 的 影 响 研 究J.铁 道 机 车 车 辆,2019,39(1):21 26,31.5 宗 聪 聪,陈 迪 来,周 云 飞,等.基 于 遗 传 算 法 的 轨 道 车 辆参 数 优 化 设 计J.机 车 电 传 动,2018,(4):33 36.6 YANGY,ZENGW,QIUW,e ta l.Op t im

45、i z a t i ono ft hesuspens i onpa r ame t e r so far a i lveh i c l eba s edonav i r-t ua lp r o t o t ypeKr i g i ngsu r r oga t emode lJ.Pr o c e ed-i ngso ft hei ns t i t u t i ono fme chan i c a leng i ne e r s,pa r tF:j ou r na lo fr a i landr ap i dt r ans i t,2016,230(8):1890 1898.7 周 晓 君,阳 春

46、 华,桂 卫 华.状 态 转 移 算 法 原 理 与 应 用J.自 动 化 学 报,2020,46(11):2260 2274.8 李 响,任 尊 松,徐 宁.基 于 转 向 架 悬 挂 参 数 与 踏 面 锥 度优 化 的 高 速 车 辆 动 力 学 性 能 分 析J.铁 道 学 报,2018,40(3):39 44.9 唐 飞,马 帅,李 耀,等.基 于 控 制 悬 挂 式 单 轨 车 辆 侧 滚 的动 力 学 参 数 优 化 研 究J.重 庆 交 通 大 学 学 报(自 然 科学 版),2019,38(9):116 121.10 辛 俊 胜,商 跃 进,王 红,等.基 于 最 优 拉 丁

47、 超 立 方 抽 样的 动 车 组 轴 箱 弹 簧 稳 健 设 计J.铁 道 机 车 车 辆,2020,40(5):60 64.11 罗 仁,李 然,胡 俊 波,等.考 虑 随 机 参 数 的 高 速 列 车 动力 学 分 析J.机 械 工 程 学 报,2015,51(24):90 96.12 MENGJZ.Ra s t e rd a t ap r o j e c t i ont r a n s f o rma t i onb a s e donKr i g i ngi n t e r po l a t i onapp r ox ima t eg r i da l go r i t hmJ.A

48、l exand r i aeng i ne e r i ngj ou r na l,2021,60(2):2013 2019.13 李 永 华,魏 武 松,张 旭.基 于 多 项 式 响 应 面 代 理 模 型 的齿 轮 修 形 量 优 化J.机 械 传 动,2020,44(11):27 33.14 智 鹏 鹏,李 永 华,陈 秉 智.考 虑 参 数 不 确 定 性 的 转 向 架 构架 结 构 强 度 分 析J.中 国 机 械 工 程,2 0 1 9,3 0(1):2 2 2 9.15 董 熙 晨,任 秋 实,刘 洋.基 于 组 合 优 化 策 略 的 剪 式 抓 斗结 构 优 化J.机 械

49、 设 计,2019,36(7):1 6.16 BI SWASTK,ABBAS IA,CHAKRABORTTYRK.AnMCDMi n t eg r a t edadap t i ves imu l a t edanne a l i ngapp r oa chf o ri n f l uenc emax imi z a t i oni ns o c i a lne t-wo r ksJ.I n f o rma t i ons c i enc e s,2021,556:27 48.17 HUN,ZHOUPL,YANGJG.Comp a r i s ona ndc omb i-n a t i ono

50、 fNLPQLa ndMOGAa l go r i t hmsf o rama r i n eme d i um s p e e dd i e s e le ng i n eop t imi s a t i onJ.En e r gyc onv e r s i ona ndma n a g eme n t,2017,133:138 152.18 史 贵 连,李 凯 扬,叶 福 丽.基 于 自 适 应 模 拟 退 火 算 法 的生 物 体 三 维 温 度 场 重 构 研 究J.机 械 工 程 学 报,2016,52(6):166 173.19 肖 乾,罗 超,欧 阳 志 许,等.基 于RBF神