數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)建模與仿真研究.pdf

1、隨著軌道車(chē)輛研究的不斷深入，基于經(jīng)典力學(xué)的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)相關(guān)研究逐漸趨于系統(tǒng)化與完備化。而信息科學(xué)，尤其是大數(shù)據(jù)相關(guān)科學(xué)（如機(jī)器學(xué)習(xí)理論）在工程領(lǐng)域的應(yīng)用正處于高速發(fā)展階段。新興的機(jī)器學(xué)習(xí)理論在傳統(tǒng)的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)仿真中的應(yīng)用逐漸成為了軌道車(chē)輛研究的新方向。近幾十年來(lái)，研究人員首先引入計(jì)算機(jī)輔助建模來(lái)模擬車(chē)輛運(yùn)行行為，大幅降低了試驗(yàn)探究所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)與人力成本。為了保障車(chē)輛動(dòng)力學(xué)仿真的可靠性，特別是對(duì)于車(chē)輛碰撞階段的研究，通常需要對(duì)車(chē)輛建立足夠精

2、細(xì)的有限元模型。然而復(fù)雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，模擬結(jié)構(gòu)大變形時(shí)導(dǎo)致的網(wǎng)格畸變等問(wèn)題均會(huì)降低有限元仿真的計(jì)算效率，而基于多體動(dòng)力學(xué)理論的仿真方法雖能提高計(jì)算效率，但對(duì)于表達(dá)高度非線性力學(xué)行為時(shí)，其僅能提供有限的計(jì)算精度。
　　為了綜合上述兩種傳統(tǒng)方法的主要優(yōu)勢(shì)，本文基于機(jī)器學(xué)習(xí)理論提出了一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)仿真方法。該方法主要思想為:以軌道車(chē)輛多剛體模型為計(jì)算載體，以試驗(yàn)數(shù)據(jù)或有限元計(jì)算結(jié)果為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)中提取非線性力元的力學(xué)特性以構(gòu)

3、建代理力元，并嵌入軌道車(chē)輛多體動(dòng)力學(xué)模型實(shí)現(xiàn)聯(lián)合仿真?；谠撍枷耄疚奶岢隽艘惶谆跀?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模與仿真的理論框架來(lái)根據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)獲得代理力元，其中包括訓(xùn)練數(shù)據(jù)的獲取與特征選擇、數(shù)據(jù)壓縮與訓(xùn)練樣本篩選、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型的構(gòu)建（文中引入了Kriging模型與Legendre多項(xiàng)式回歸模型）、模型性能評(píng)估、模型的選擇機(jī)理。
　　為了驗(yàn)證該方法的計(jì)算性能，本文分別就軌道車(chē)輛垂向動(dòng)力學(xué)和碰撞動(dòng)力學(xué)進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證兩種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型的計(jì)算收斂性、訓(xùn)