CN109858120B - 一种动车组转向架悬挂***动力学参数优化方法和装置 - Google Patents

一种动车组转向架悬挂***动力学参数优化方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种动车组转向架悬挂***动力学参数优化方法和装置，其中，该方法包括：建立车辆***多体动力学模型；获取目标车辆的实际振动模态；基于根轨迹法计算车辆***多体动力学模型的振动模态；当计算得到的车辆***多体动力学模型的振动模态与目标车辆的实际振动模态一致时，确定目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数，并基于车辆***多体动力学模型对目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数进行优化操作。通过本发明实施例提供的动车组转向架悬挂***动力学参数优化方法和装置，无需进行海量数据分析，简化了对动车组的悬挂***的优化过程，提高了计算速度。

Description

一种动车组转向架悬挂***动力学参数优化方法和装置
技术领域
本发明涉及轨道车辆技术领域，具体而言，涉及一种动车组转向架悬挂***动力学参数优化方法和装置。
背景技术
目前，悬挂***的状态直接影响动车组运行的安全性、平稳性和舒适性等动力学性能要求。为了保证悬挂***的动力学性能要求，可以对动车组的悬挂***中各器件的参数进行监测和分析。
在线监测技术是动车组运营过程中评判其悬挂***动力学性能要求的重要手段。需要对动车组中装配的悬挂***进行实时监测并采集悬挂***中各器件的参数，并对采集到的参数进行优化分析。
分析较多依靠海量状态监测数据的统计结果，局限性较大。
发明内容
为解决上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种动车组转向架悬挂***动力学参数优化方法和装置。
第一方面，本发明实施例提供了一种动车组转向架悬挂***动力学参数优化方法，包括：
建立车辆***多体动力学模型；
获取目标车辆的实际振动模态；
基于根轨迹法计算车辆***多体动力学模型的振动模态；
当计算得到的所述车辆***多体动力学模型的振动模态与目标车辆的实际振动模态一致时，确定目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数，并基于所述车辆***多体动力学模型对目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数进行优化操作。
第二方面，本发明实施例还提供了一种动车组转向架悬挂***动力学参数优化方法，包括：
建立车辆***多体动力学模型；
获取目标车辆的实际振动模态；
基于根轨迹法计算车辆***多体动力学模型的振动模态；
当计算得到的所述车辆***多体动力学模型的振动模态与目标车辆的实际振动模态一致时，确定目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数，并基于所述车辆***多体动力学模型对目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数进行优化操作。
本发明实施例上述第一方面至第二方面提供的方案中，通过建立的车辆***多体动力学模型对目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数进行优化，与相关技术中分析较多依靠海量状态监测数据的统计结果的方式相比，无需进行海量数据分析，简化了对动车组的悬挂***的优化过程，提高了计算速度；而且建立的车辆***多体动力学模型可以对具有不同整车质量、转动惯量、重心位置的动车组的悬挂***动力学参数进行针对性的优化，更好地满足不同动车组的稳定性、平稳性及舒适度等动力学性能要求。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例1所提供的一种动车组转向架悬挂***动力学参数优化方法的流程图；
图2示出了本发明实施例2所提供的一种动车组转向架悬挂***动力学参数优化装置的结构示意图。
图标：200-建立模块；202-获取模块；204-计算模块；206-优化模块。
具体实施方式
为了更好地对本申请实施例提出的头图显示方法和装置进行描述，先对以下内容进行说明：
本方案中提出的术语车辆，就是指动车组。
目前，动车组的悬挂***布置在车体与转向架之间，起着支撑车体、抑制蛇形运动、以及隔离衰减振动等作用。悬挂***的状态直接影响动车组运行的安全性、平稳性和舒适性等动力学性能要求。为了保证悬挂***的动力学性能要求，可以对动车组的悬挂***中各器件的参数进行监测和分析。在线监测技术是动车组运营过程中评判其悬挂***动力学性能要求的重要手段。需要对动车组中装配的悬挂***进行实时监测并采集悬挂***中各器件的参数，并对采集到的参数进行优化分析。分析较多依靠海量状态监测数据的统计结果，局限性较大。基于此，本申请实施例提出一种动车组转向架悬挂***动力学参数优化方法和装置，通过建立的车辆***多体动力学模型对目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数进行优化，无需进行海量数据分析，简化了对动车组的悬挂***的优化过程，提高了计算速度。
本申请方案提出的动车组转向架悬挂***动力学参数优化方法和装置，通过建立的车辆***多体动力学模型对目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数进行优化，无需进行海量数据分析，简化了对动车组的悬挂***的优化过程，提高了计算速度；而且建立的车辆***多体动力学模型可以对具有不同整车质量、转动惯量、重心位置的动车组的悬挂***动力学参数进行针对性的优化。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请做进一步详细的说明。
实施例1
本实施例提出一种动车组转向架悬挂***动力学参数优化方法，执行主体是计算设备。
上述计算设备，可以采用现有技术中任何可以对动车组转向架悬挂***动力学参数进行优化的计算机或便携式电脑等电子计算器，这里不再一一赘述。
参见图1所示的动车组转向架悬挂***动力学参数优化方法的流程图，本实施例提出一种动车组转向架悬挂***动力学参数优化方法，包括以下具体步骤：
步骤100、建立车辆***多体动力学模型。
在上述步骤100中，上述车辆***多体动力学模型，将车辆抽象为1个车体、2个构架、4个轮对和8个转臂等15个刚体。车体取6自由度，即纵向、横向、垂向、侧滚、点头、摇头；构架取6个自由度，即纵向、横向、垂向、摇头、点头；轮对取6个自由度，即纵向、横向、垂向、侧滚、点头、摇头(其中轮对垂向和侧滚运动是非独立运动)；转臂取1个自由度，即点头。整个车辆***共有15个刚体、50个自由度。同时，为了使模型更为准确地反映实际车辆，建模时考虑非线性轮轨接触、非线性轮轨相互作用力和非线性悬挂力等非线性环节。
步骤102、获取目标车辆的实际振动模态。
步骤104、基于根轨迹法计算车辆***多体动力学模型的振动模态。
在上述步骤104中，可以采用现有的任何基于根轨迹法计算振动模态的方法，计算车辆***多体动力学模型的振动模态，这里不再赘述。
这里，目标车辆的实际振动模态是对目标车辆的悬挂***进行自振实验后得到的。
步骤106、当计算得到的上述车辆***多体动力学模型的振动模态与目标车辆的实际振动模态一致时，确定目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数，并基于上述车辆***多体动力学模型对目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数进行优化操作。
具体地，上述步骤108具体包括以下步骤(1)至步骤(4)：
(1)判断计算得到的上述车辆***多体动力学模型的振动模态与目标车辆的实际振动模态是否一致，如果是则执行步骤(3)，如果否则执行步骤(2)；
(2)对上述车辆***多体动力学模型进行修正，并返回步骤104；
(3)确定目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数；
(4)基于上述车辆***多体动力学模型对目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数进行优化操作。
在上述步骤(3)中，为了确定目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数的过程中，可以执行以下步骤：
针对悬挂***部件中一系定位节点、一系钢弹簧、一系垂向减振器、二系空气弹簧、二系横向止挡、二系横向减振器、抗蛇行减振器的结构参数特点，确定出目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数。
在一个实施方式中，上述步骤(4)，可以执行以下具体步骤(1)至步骤(2)：
(1)获取目标车辆的轨道谱，上述轨道谱包括：特殊线路振动特征；
(2)基于上述目标车辆的轨道谱和上述车辆***多体动力学模型，使用遗传算法对需要优化的悬挂***动力学参数进行仿真计算，得到优化后的悬挂***动力学参数。
在上述步骤(1)中，上述轨道谱，为识别目标车辆的线路条件特点，在实测轨道谱基础上，充分考虑特殊线路振动特征(如桥梁冲击、轨道板冲击等)后得到的目标车辆的轨道信息集合。
上述轨道谱，适于在车辆***多体动力学模型计算及滚振试验中使用。
通过以上步骤(1)至步骤(4)描述的内容可以看出，在实测轨道谱基础上，有针对性地增加对目标车辆影响较大的特殊振动特征，例如桥梁冲击、轨道板冲击等，使得优化后的动车组悬挂***能够更好地满足特殊路段的运行要求，而且，使用遗传算法对需要优化的悬挂***动力学参数进行仿真计算，可以提高悬挂***动力学参数的优化准确率。
在得到优化后的悬挂***动力学参数后，可以继续执行以下步骤：
当优化后的悬挂***动力学参数符合预设的动力学指标时，基于优化后的悬挂***动力学参数进行目标车辆的整车滚振试验，得到整车滚振试验的试验结果，以对优化后的悬挂***动力学参数进行验证。
综上所述，本实施例提出的一种动车组转向架悬挂***动力学参数优化方法，通过建立的车辆***多体动力学模型对目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数进行优化，与相关技术中分析较多依靠海量状态监测数据的统计结果的方式相比，无需进行海量数据分析，简化了对动车组的悬挂***的优化过程，提高了计算速度；而且建立的车辆***多体动力学模型可以对具有不同整车质量、转动惯量、重心位置的动车组的悬挂***动力学参数进行针对性的优化，更好地满足不同动车组的稳定性、平稳性及舒适度等动力学性能要求。
实施例2
参见图2所示的动车组转向架悬挂***动力学参数优化装置的结构示意图，本实施例提出的一种动车组转向架悬挂***动力学参数优化装置，包括：
建立模块200，用于建立车辆***多体动力学模型；
获取模块202，用于获取目标车辆的实际振动模态；
计算模块204，用于基于根轨迹法计算车辆***多体动力学模型的振动模态；
优化模块206，用于当计算得到的上述车辆***多体动力学模型的振动模态与目标车辆的实际振动模态一致时，确定目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数，并基于上述车辆***多体动力学模型对目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数进行优化操作。
可选地，本实施例提出的动车组转向架悬挂***动力学参数优化装置，还包括：
修正模块，用于当计算得到的上述车辆***多体动力学模型的振动模态与目标车辆的实际振动模态不一致时，对上述车辆***多体动力学模型进行修正。
在一个实施方式中，上述优化模块，用于基于上述车辆***多体动力学模型对目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数进行优化操作，包括：
获取目标车辆的轨道谱，上述轨道谱包括：特殊线路振动特征；
基于上述目标车辆的轨道谱和上述车辆***多体动力学模型，使用遗传算法对需要优化的悬挂***动力学参数进行仿真计算，得到优化后的悬挂***动力学参数。
可选地，本实施例提出的动车组转向架悬挂***动力学参数优化装置，还包括：
试验模块，用于当优化后的悬挂***动力学参数符合预设的动力学指标时，基于优化后的悬挂***动力学参数进行目标车辆的整车滚振试验。
在一个实施方式中，上述优化模块，用于确定目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数，包括：
针对悬挂***部件中一系定位节点、一系钢弹簧、一系垂向减振器、二系空气弹簧、二系横向止挡、二系横向减振器、抗蛇行减振器的结构参数特点，确定出目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数。
综上所述，本实施例提出的一种动车组转向架悬挂***动力学参数优化装置，通过建立的车辆***多体动力学模型对目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数进行优化，与相关技术中分析较多依靠海量状态监测数据的统计结果的方式相比，无需进行海量数据分析，简化了对动车组的悬挂***的优化过程，提高了计算速度；而且建立的车辆***多体动力学模型可以对具有不同整车质量、转动惯量、重心位置的动车组的悬挂***动力学参数进行针对性的优化，更好地满足不同动车组的稳定性、平稳性及舒适度等动力学性能要求。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种动车组转向架悬挂***动力学参数优化方法，其特征在于，包括：
建立车辆***多体动力学模型；
获取目标车辆的实际振动模态；
基于根轨迹法计算车辆***多体动力学模型的振动模态；
判断计算得到的上述车辆***多体动力学模型的振动模态与目标车辆的实际振动模态是否一致；如果否，对上述车辆***多体动力学模型进行修正，并返回执行所述基于根轨迹法计算车辆***多体动力学模型的振动模态的步骤；如果是，则确定目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数；基于上述车辆***多体动力学模型对目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数进行优化操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
当计算得到的所述车辆***多体动力学模型的振动模态与目标车辆的实际振动模态不一致时，对所述车辆***多体动力学模型进行修正。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述车辆***多体动力学模型对目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数进行优化操作，包括：
获取目标车辆的轨道谱，所述轨道谱包括：特殊线路振动特征；
基于所述目标车辆的轨道谱和所述车辆***多体动力学模型，使用遗传算法对需要优化的悬挂***动力学参数进行仿真计算，得到优化后的悬挂***动力学参数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
当优化后的悬挂***动力学参数符合预设的动力学指标时，基于优化后的悬挂***动力学参数进行目标车辆的整车滚振试验。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数，包括：
针对悬挂***部件中一系定位节点、一系钢弹簧、一系垂向减振器、二系空气弹簧、二系横向止挡、二系横向减振器、抗蛇行减振器的结构参数特点，确定出目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数。
6.一种动车组转向架悬挂***动力学参数优化装置，其特征在于，包括：
建立模块，用于建立车辆***多体动力学模型；
获取模块，用于获取目标车辆的实际振动模态；
计算模块，用于基于根轨迹法计算车辆***多体动力学模型的振动模态；
优化模块，用于判断计算得到的上述车辆***多体动力学模型的振动模态与目标车辆的实际振动模态是否一致；如果否，对上述车辆***多体动力学模型进行修正，并返回执行所述基于根轨迹法计算车辆***多体动力学模型的振动模态的步骤；如果是，则确定目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数；基于上述车辆***多体动力学模型对目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数进行优化操作。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：
修正模块，用于当计算得到的所述车辆***多体动力学模型的振动模态与目标车辆的实际振动模态不一致时，对所述车辆***多体动力学模型进行修正。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述优化模块，用于基于所述车辆***多体动力学模型对目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数进行优化操作，包括：
获取目标车辆的轨道谱，所述轨道谱包括：特殊线路振动特征；
基于所述目标车辆的轨道谱和所述车辆***多体动力学模型，使用遗传算法对需要优化的悬挂***动力学参数进行仿真计算，得到优化后的悬挂***动力学参数。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：
试验模块，用于当优化后的悬挂***动力学参数符合预设的动力学指标时，基于优化后的悬挂***动力学参数进行目标车辆的整车滚振试验。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述优化模块，用于确定目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数，包括：
针对悬挂***部件中一系定位节点、一系钢弹簧、一系垂向减振器、二系空气弹簧、二系横向止挡、二系横向减振器、抗蛇行减振器的结构参数特点，确定出目标车辆中需要优化的悬挂***动力学参数。
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