[发明专利]基于响应面建模和改进粒子群算法的车轮型面优化方法

权利要求书

1.一种基于响应面建模和改进粒子群算法的车轮型面优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，确定设计变量：选择车轮型面优化区域各个曲线段的权因子和移动控制点的纵坐标，作为设计变量；

步骤2，构建目标函数：选择列车运行时的车轮轮缘磨耗、轮轨横向力和轮轨的最大接触应力，作为目标函数；

步骤3，建立约束函数：选择与列车平稳性、安全性、磨耗指数、轮轨横向力相关的车辆动力学性能指标和车轮外形相关的几何尺寸参数，作为车轮型面曲线优化的约束函数，建立车轮型面的多目标优化模型；

步骤4，模型优化：采用多项式响应面方法对车轮型面的多目标优化模型进行拟合优化；

步骤5，模型求解：采用改进的粒子群算法对拟合的模型进行优化求解。

2.根据权利要求1所述的基于响应面建模和改进粒子群算法的车轮型面优化方法，其特征在于，步骤2所述的构建目标函数：选择列车运行时的车轮轮缘磨耗、轮轨横向力和轮轨的最大接触应力，作为目标函数，具体如下：

车轮轮缘磨耗的目标函数f₁定义为：

式中，α₁,α₂,...,α_m分别表示列车运行时第1,2,3...,m类型路段在整体磨耗中的权重比，S₁,S₂,...,S_m分别表示第1,2,3...,m类型的路段长度和，t1₀,t2₀,...tm₀分别表示第1,2,3...,m类型路段的开始时间；t1_n,t2_n,...tm_n分别表示第1,2,3...,m类型路段的截止时间；和分别表示t时刻轮对左右轮与钢轨的磨耗指数，F_xL(t)和F_yL(t)分别表示在t时刻轮对左侧车轮与钢轨的横向、纵向蠕滑力，ξ_xL(t)和ξ_xL(t)分别表示在t时刻轮对左侧车轮与钢轨的横向、纵向蠕滑率，对应的F_xR(t)和F_yR(t)分别表示在t时刻轮对右侧车轮与钢轨的横向、纵向蠕滑力，ξ_xR(t)和ξ_xR(t)分别表示在t时刻轮对右侧车轮与钢轨的横向、纵向蠕滑率；

轮轨横向力的目标函数f₂定义为：

f₂＝max(|F_L|,|F_R|)

式中，F_L和F_R分别表示轮对的左轮和右轮的横向力，单位为KN；

轮轨最大接触应力的目标函数f₃定义为：

f₃＝max{|fir(P_L(t),l_fir,u_fir)|,|fir(P_R(t),l_fir,u_fir|}

式中，P_L(t)，P_R(t)分别为左右车轮的垂向力；fir(·,l_fir,u_fir)为带通滤波器，l_fir、u_fir分别为带通滤波器的截断低、高频率。