CN109359396B - 一种轨道车辆的车内设备布置方法、系统及相关组件 - Google Patents

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CN109359396B CN201811239782.9A CN201811239782A CN109359396B CN 109359396 B CN109359396 B CN 109359396B CN 201811239782 A CN201811239782 A CN 201811239782A CN 109359396 B CN109359396 B CN 109359396B
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Abstract

本申请公开了一种轨道车辆的车内设备布置方法，所述车内设备布置方法包括获取轨道车辆的车体参数，并根据车体参数确定车体中心；获取所有车内设备的设备参数，并根据设备参数计算每一种将所有车内设备放置于车厢走廊两侧的布置方式对应的车体重心；根据车体中心和每一车体重心建立线性规划模型；利用线性规划模型确定每一布置方式对应的车体中心和重心偏移量，并将最小偏移量对应的布置方式设置为优选布置方式，以便按照优选布置方式在轨道车辆内布置所有车内设备。本方法能够合理设计轨道车辆车内设备的布置方案，减小机车轴重、轮重的不平衡率。本申请还公开了一种轨道车辆的车内设备布置系统及一种电子设备，具有以上有益效果。

Description

一种轨道车辆的车内设备布置方法、系统及相关组件
技术领域
本发明涉及轨道车辆重量管理与控制技术领域，特别涉及一种轨道车辆的车内设备布置方法、系统及一种电子设备。
背景技术
电力机车因动力集中的需要，机车车内有各种专用电气设备、机械设备及零部件。布局方式对重心及轴重轮重不平衡有较大影响。机车车辆系统及各级部件重量和重心控制，轴重、轮重及不平衡率计算是设计环节中的关键步骤，国内外车辆研制公司都极其重视。
在现有技术的机车总体设计过程中，为了使机车的轴重均衡，牵引力能充分发挥出来，通常利用经验采用两端对称或斜对称的布置方式：重量较大的设备优先布置在车体中间。由于上述这些车内设备布局方式大多根据设计经验衍化而来，主观性较强。由于设备外形不规则，设备重量各有差异，根据经验的对称分布往往存在较大的偏差，导致布置方案复核估算时不能满足轴重及轮重偏差，从而必须进行设备布置方案调整，有时候甚至因为估算误差使得称重不达标，导致设计返工，严重影响车辆生产周期，造成巨大的人力物力资源浪费。即使最终布置方案满足要求，也仅仅只是一个可行方案，很难达到最优分配点，重量设计方案仍有较大的优化空间。
因此，如何合理设计轨道车辆车内设备的布置方案，减小机车轴重、轮重的不平衡率是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种轨道车辆的车内设备布置方法、系统及一种电子设备，能够合理设计轨道车辆车内设备的布置方案，减小机车轴重、轮重的不平衡率。
为解决上述技术问题，本申请提供一种轨道车辆的车内设备布置方法，该车内设备布置方法包括：
获取轨道车辆的车体参数，并根据所述车体参数确定车体中心的位置信息；
获取所有车内设备的设备参数，并根据所述设备参数计算每一种将所有所述车内设备放置于车厢走廊两侧的布置方式对应的车体重心的位置信息；
根据所述车体中心的位置信息和每一所述车体重心的位置信息建立线性规划模型；其中，所述线性规划模型为描述车体中心与车体重心之间的距离的模型；
利用所述线性规划模型确定每一所述布置方式对应的偏移量，并将最小偏移量对应的布置方式设置为优选布置方式，以便按照所述优选布置方式在所述轨道车辆内布置所有所述车内设备；其中，所述偏移量为描述所述轨道车辆的车体中心与车体重心偏离程度的值。
可选的，根据所述设备参数计算每一种所有所述车内设备放置于车厢走廊两侧的布置方式对应的车体重心的位置信息包括：
将所述轨道车辆的车厢走廊两侧的设备放置区域划分为K个用于放置所述车内设备的动态位置；其中，所述车内设备的数量为K，同一行所述动态位置上放置的车内设备为空间位置连续的车内设备；
设置离散型变量zijk；其中，zijk为描述第i行第j个动态位置是否放置有第k个车内设备的变量，当放置有所述第k个车内设备时zijk＝1，当未放置所述第k个车内设备时zijk＝0；
设置连续型变量(xijk,yijk)；其中，(xijk,yijk)为描述第i行第j个动态位置放置的第k个车内设备的左下端点的坐标的变量，当第k个设备未放置在第i行第j个动态位置时(xijk,yijk)＝(0，0)；第k个车内设备的第一坐标为
Figure BDA0001838996670000021
第i行第j个动态位置对应的车内设备的第二坐标为/>
Figure BDA0001838996670000022
第i行第j个动态位置放置的车内设备的设备数量为/>
Figure BDA0001838996670000023
第k个车内设备被布置在车内的布置次数为/>
Figure BDA0001838996670000024
根据所述第一坐标、所述第二坐标、所述设备数量和所述布置次数生成重心约束条件；
在所述重心约束条件下，根据所述设备参数计算每一种所有所述车内设备放置于车厢走廊两侧的布置方式对应的车体重心的位置信息。
可选的，所述重心约束条件包括第一重心约束子条件、第二重心约束子条件、第三重心约束子条件、第四重心约束子条件和第五重心约束子条件中的任一项或任几项的组合；
其中，第一重心约束子条件为
Figure BDA0001838996670000031
第二重心约束子条件为
Figure BDA0001838996670000032
第三重心约束子条件为
Figure BDA0001838996670000033
第四重心约束子条件为xijk≤lczijk；
Figure BDA0001838996670000034
Figure BDA0001838996670000035
lc为所述轨道车辆的车厢长度；
第五重心约束子条件为yijk≤wcyijk；
Figure BDA0001838996670000036
Figure BDA0001838996670000037
wc为所述轨道车辆的车厢宽度。
可选的，根据所述车体中心的位置信息和每一所述车体重心的位置信息建立线性规划模型包括：
在排列约束条件下，根据所述车体中心的位置信息和每一所述车体重心的位置信息建立线性规划模型；
其中，所述排列约束条件包括设备朝向约束条件、设备干涉约束条件、轮重轴重偏差约束条件、车体中间门约束条件和关联设备绑定约束条件中的任一项或任几项的组合。
可选的，所述设备朝向约束条件为：
Figure BDA0001838996670000038
和/>
Figure BDA0001838996670000039
其中，(Cx，Cy)为布置所有所述车内设备后所述轨道车辆的重心坐标，
Figure BDA00018389966700000310
为所述车内设备的重心与第一设备侧面之间的距离，/>
Figure BDA00018389966700000311
为所述车内设备的重心与第二设备侧面之间的距离，mk为车内设备质量，mc为车体质量，/>
Figure BDA00018389966700000312
Figure BDA0001838996670000041
为所述轨道车辆的车体初始重心坐标，/>
Figure BDA0001838996670000042
为第一行车内设备的重心与设备门面之间的距离，/>
Figure BDA0001838996670000043
为第二行车内设备的重心与设备门面之间的距离。
可选的，所述设备干涉约束条件包括第一侧墙间隙约束子条件、第二侧墙间隙约束子条件、左端墙间隙约束子条件、右端墙间隙约束子条件、邻设备纵向间隙约束子条件、第一占用走廊约束条件、第二占用走廊约束条件、轮重轴重偏差约束子条件、中间门左侧设备约束子条件、中间门右侧设备约束子条件、特殊设备位置固定约束子条件、同行关联设备绑定约束子条件、第一间距固定约束子条件、第二间距固定约束子条件和两设备必相邻约束子条件中的任一项或任几项的组合；
所述第一侧墙间隙约束子条件为
Figure BDA0001838996670000044
其中，δdw为第一侧墙最小间隙，第一侧墙为距离第1行所述动态位置的最近的侧墙；
所述第二侧墙间隙约束子条件为
Figure BDA0001838996670000045
Figure BDA0001838996670000046
其中，δuw为第二侧墙最小间隙；其中，第二侧墙为距离第2行所述动态位置的最近的侧墙，wk为所述车内设备的宽度，wc为所述轨道车辆的车厢宽度；
所述左端墙间隙约束子条件为
Figure BDA0001838996670000047
其中，δlw为左端墙最小间隙；
所述右端墙间隙约束子条件为
Figure BDA0001838996670000048
Figure BDA0001838996670000049
其中，δrw为左端墙最小间隙；lk为所述车内设备的长度，lc为所述轨道车辆的车厢长度；
所述邻设备纵向间隙约束子条件为
Figure BDA00018389966700000410
Figure BDA00018389966700000411
所述第一占用走廊约束条件为
Figure BDA00018389966700000412
wd为走廊下沿与距离所述走廊下沿最近的侧墙的距离；
所述第二占用走廊约束条件为
Figure BDA00018389966700000413
wu为走廊上沿与距离所述走廊下沿最近的侧墙的距离；
所述轴重偏差约束子条件为
Figure BDA0001838996670000051
Figure BDA0001838996670000052
其中，τz为轴重与平均轴重偏差百分比上限，Fwi(i＝1,2,…,4)分别为转向架4个轴的轴重，转向架重量为Fg，车体重量为Fc；
所述轮重偏差约束子条件为
Figure BDA0001838996670000053
τw为左右轮偏差百分比上限，dg为转向架的滚动圆间距，/>
Figure BDA0001838996670000054
为所述车体中心的纵坐标，Cy为布置所有所述车内设备后所述轨道车辆的重心纵坐标；
所述中间门左侧设备约束子条件为
Figure BDA0001838996670000055
Figure BDA0001838996670000056
为中间门的左端横坐标，vij为描述所述中间门目标侧是否布置有所述车内设备的变量，当第i行第j个动态位置对应的车内设备位于所述中间门右侧时vij＝1，当第i行第j个动态位置对应的车内设备不位于所述中间门右侧时vij＝0；
所述中间门右侧设备约束子条件为
Figure BDA0001838996670000057
Figure BDA0001838996670000058
为中间门的右端横坐标；
所述特殊设备位置固定约束子条件为
Figure BDA0001838996670000059
Figure BDA00018389966700000510
Figure BDA00018389966700000511
为固定车内设备目标端点的横坐标，/>
Figure BDA00018389966700000512
为固定车内设备目标端点的纵坐标，T为所述固定车内设备的数量；
所述同行关联设备绑定约束子条件为
Figure BDA00018389966700000513
Figure BDA00018389966700000514
P为同行关联设备组的数量；
所述第一间距固定约束子条件为
Figure BDA00018389966700000515
和
Figure BDA00018389966700000516
Figure BDA00018389966700000517
为预设固定间距，/>
Figure BDA00018389966700000518
为编号为
Figure BDA00018389966700000519
的车内设备的长度，up为描述第p对关联设备中编号为/>
Figure BDA00018389966700000520
的车内设备的位置关系，当编号为/>
Figure BDA00018389966700000521
的车内设备位于编号为/>
Figure BDA00018389966700000522
的车内设备右侧时up＝1，当编号为/>
Figure BDA00018389966700000523
的车内设备位于编号为/>
Figure BDA00018389966700000524
的车内设备左侧时up＝0；
所述第二间距固定约束子条件为
Figure BDA00018389966700000525
和
Figure BDA00018389966700000526
Figure BDA00018389966700000527
为编号为/>
Figure BDA00018389966700000528
的车内设备的长度；
所述两设备必相邻约束子条件为
Figure BDA0001838996670000061
和
Figure BDA0001838996670000062
可选的，将最小偏移量对应的布置方式设置为优选布置方式包括：
以所述最小偏移量为优化目标对所述线性规划模型进行基于分枝定界法的优化计算得到所述最小偏移量，并最小偏移量对应的布置方式设置为优选布置方式；
其中，所述最小偏移量
Figure BDA0001838996670000063
线性规划模型为
Figure BDA0001838996670000064
Dx为最大横坐标，Dy为最大纵坐标。
可选的，按照所述优选布置方式在所述轨道车辆内布置所有所述车内设备包括：
按照所述优选布置方式进行设备模拟仿真得到仿真结果；
根据所述仿真结果进行对应的设备减重优化分配处理，得到最终布置方式，并按照所述优选布置方式在所述轨道车辆内布置所有所述车内设备。
本申请还提供了一种轨道车辆的车内设备布置系统，该系统包括：
中心确定模块，用于获取轨道车辆的车体参数，并根据所述车体参数确定车体中心的位置信息；
重心确定模块，用于获取所有车内设备的设备参数，并根据所述设备参数计算每一种所有所述车内设备放置于车厢走廊两侧的布置方式对应的车体重心的位置信息；
模型构建模块，用于根据所述车体中心的位置信息和每一所述车体重心的位置信息建立线性规划模型；其中，所述线性规划模型为描述车体中心与车体重心之间的距离的模型；
设备布置模块，用于利用所述线性规划模型确定每一所述布置方式对应的偏移量，并将最小偏移量对应的布置方式设置为优选布置方式，以便按照所述优选布置方式在所述轨道车辆内布置所有所述车内设备；其中，所述偏移量为描述所述轨道车辆的车体中心与车体重心偏离程度的值。
本申请还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现上述轨道车辆的车内设备布置方法执行的步骤。
本发明提供了一种轨道车辆的车内设备布置方法，包括：获取轨道车辆的车体参数，并根据所述车体参数确定车体中心的位置信息；获取所有车内设备的设备参数，并根据所述设备参数计算每一种将所有所述车内设备放置于车厢走廊两侧的布置方式对应的车体重心的位置信息；根据所述车体中心的位置信息和每一所述车体重心的位置信息建立线性规划模型；其中，所述线性规划模型为描述车体中心与车体重心之间的距离的模型；利用所述线性规划模型确定每一所述布置方式对应的偏移量，并将最小偏移量对应的布置方式设置为优选布置方式，以便按照所述优选布置方式在所述轨道车辆内布置所有所述车内设备；其中，所述偏移量为描述所述轨道车辆的车体中心与车体重心偏离程度的值。
本申请通过确定每一种车内设备的布置方案对于轨道车辆的车体重心，建立描述每一重心坐标与轨道车辆的车体中心的距离的线性规划模型，以车体重心与车体中心之间的距离作为优化对象对线性规划模型进行优化得到最小偏移量，将最小偏移量对应的布置方式作为优选布置方式进行车内设备的布置。本申请能够合理设计轨道车辆车内设备的布置方案，减小机车轴重、轮重的不平衡率。本申请同时还提供了一种轨道车辆的车内设备布置系统和一种电子设备，具有上述有益效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例所提供的一种轨道车辆的车内设备布置方法的流程图；
图2为本申请实施例所提供的另一种轨道车辆的车内设备布置方法的流程图；
图3为车体俯视平面示意图；
图4为车内设备的设备参数定义示意图；
图5为设备朝向平面示意图；
图6为设备朝向定义流程图；
图7为轴重计算参数关系示意图；
图8为转向架参数关系示意图；
图9为轮重计算参数关系示意图；
图10为分枝定界法求解算法实施流程图；
图11为本申请实施例所提供的一种轨道车辆的车内设备布置系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
下面请参见图1，图1为本申请实施例所提供的一种轨道车辆的车内设备布置方法的流程图。
具体步骤可以包括：
S101：获取轨道车辆的车体参数，并根据所述车体参数确定车体中心的位置信息；
其中，由于车内设备底面直接安装在车内地板面，因此总体垂向重心不会随设备位置改变而发生变化，设备位置改变只影响横向和纵向重心，因此在本实施例中关于设备布置问题，只需讨论车内、车下、车顶三个平面即可，从而可将车辆设备布置空间优化问题分解成三个平面优化问题。
本实施例中提到的轨道车辆可以具体为电力机车、动车等车辆。获取的轨道车辆参数可以包含车体质量mc(包含司机室、布线等不参与设备布置的附件)、重心及尺寸参数(长lc/宽wc/高hc)、转向架质量mg、转向架中心距lb、轮对距离lw、二系支撑距离ds、转向架重心与二系支撑的距离d1、二系支撑与转向架中心的距离d2、滚动圆间距dg、走廊宽度wz；车体中间门参数
Figure BDA0001838996670000081
可以理解的是，轨道车辆的车体参数可以包括关于轨道车辆的尺寸参数，因此可以根据车体参数确定车体中心的位置信息。
S102：获取所有车内设备的设备参数，并根据所述设备参数计算每一种将所有所述车内设备放置于车厢走廊两侧的布置方式对应的车体重心的位置信息；
其中，轨道车辆因动力集中的需要，车内需要设置各种专用电气设备、机械设备及零部件，本实施例将上述轨道车辆的车厢内需要放置的设备统称为车内设备，这些车内设备包括车辆车内、车下以及车顶所有设备，并默认已经标识设备门、设备顶面及设备侧面位置，定义设备朝向等信息。
具体的，本步骤中所获取的车内设备的设备参数可以包括设备数K，各设备重量mk，尺寸参数(长lk/宽wk/高hk)，及重心参数(重心到设备侧面距离
Figure BDA0001838996670000091
到设备门面距离/>
Figure BDA0001838996670000092
及到设备顶面距离/>
Figure BDA0001838996670000093
)。
值得注意的是，本步骤中“计算每一种将所有所述车内设备放置于车厢走廊两侧的布置方式对应的车体重心的位置信息”的意义在于：排列出每一种将所有车内设备放置于车厢走廊两侧的布置方式，根据获取的设备参数计算每一种布置方式对应的车体重心的位置信息在车厢中的位置。也就是说，本步骤确定了所有可以存在的车内设备的布置方式对应的重心。本步骤默认存储有每一布置方式与车体重心的位置的对应关系。
作为一种优选的实施方式，本步骤中根据所述设备参数计算每一种所有所述车内设备放置于车厢走廊两侧的布置方式对应的车体重心的位置信息可以包括以下步骤：
将所述轨道车辆的车厢走廊两侧的设备放置区域划分为K个用于放置所述车内设备的动态位置；其中，所述车内设备的数量为K，同一行所述动态位置上放置的车内设备为空间位置连续的车内设备；K为大于0的正整数。
设置离散型变量zijk；其中，zijk为描述第i行第j个动态位置是否放置有第k个车内设备的变量，当放置有所述第k个车内设备时zijk＝1，当未放置所述第k个车内设备时zijk＝0；
设置连续型变量(xijk,yijk)；其中，(xijk,yijk)为描述第i行第j个动态位置放置的第k个车内设备的左下端点的坐标的变量，当第k个设备未放置在第i行第j个动态位置时(xijk,yijk)＝(0，0)；第k个车内设备的第一坐标为
Figure BDA0001838996670000101
第i行第j个动态位置对应的车内设备的第二坐标为/>
Figure BDA0001838996670000102
第i行第j个动态位置放置的车内设备的设备数量为/>
Figure BDA0001838996670000103
第k个车内设备被布置在车内的布置次数为/>
Figure BDA0001838996670000104
根据所述第一坐标、所述第二坐标、所述设备数量和所述布置次数生成重心约束条件；
在所述重心约束条件下，根据所述设备参数计算每一种所有所述车内设备放置于车厢走廊两侧的布置方式对应的车体重心的位置信息。需要说明的是，在实际应用中轨道车辆中存在两行用于放置车内设备的动态位置，这两行分别为走量的两侧的空间，故i的取值只能为1或者2。
需要说明的是，本实施例中“同一行所述动态位置上放置的车内设备为空间位置连续的车内设备”的意义在于：由于设备个数为K，因此第一行最多可以布置K个设备，第二行也最多布置K个设备。将两行分别分成K个动态位置，布置一个设备即占用一个动态位置。在动态位置占用过程中应始终保证满足以下两个条件：1)若i行j+1位置布置有设备，则在i行该设备左侧应有j个设备；2)若i行j+1位置布置无设备，则在i行j+1位置右侧不应有设备。每行设备位置是动态的，每行设备动态位置不存在跳跃，每行设备个数即为占用动态位置个数，每个动态位置的实际坐标可根据最终优化结果确定。进一步的，关于“同一行所述动态位置上放置的车内设备为空间位置连续的车内设备”对应的约束条件具体为重心约束条件。
所述重心约束条件包括第一重心约束子条件、第二重心约束子条件、第三重心约束子条件、第四重心约束子条件和第五重心约束子条件中的任一项或任几项的组合。可以选择任意数量个约束子条件，当然选择的约束子条件越多，得到的布置方式越理想。
其中，第一重心约束子条件为
Figure BDA0001838996670000105
第二重心约束子条件为
Figure BDA0001838996670000106
第三重心约束子条件为
Figure BDA0001838996670000107
第四重心约束子条件为xijk≤lczijk；
Figure BDA0001838996670000111
Figure BDA0001838996670000112
lc为所述轨道车辆的车厢长度；
第五重心约束子条件为yijk≤wcyijk；
Figure BDA0001838996670000113
Figure BDA0001838996670000114
wc为所述轨道车辆的车厢宽度。
S103：根据所述车体中心的位置信息和每一所述车体重心的位置信息建立线性规划模型；
其中，所述线性规划模型为描述车体中心与车体重心之间的距离的模型；本步骤的目的在于得到描述每一种布置方式对应的车体重心与车体中心的距离的线性规划模型。根据该线性规划模型可以确定车体中心与车体重心之间距离最小的布置方式。
作为一种优选的实施方式，本步骤中根据所述车体中心的位置信息和每一所述车体重心的位置信息建立线性规划模型可以包括以下步骤：
在排列约束条件下，根据所述车体中心的位置信息和每一所述车体重心的位置信息建立线性规划模型；
其中，所述排列约束条件包括设备朝向约束条件、设备干涉约束条件、轮重轴重偏差约束条件、车体中间门约束条件和关联设备绑定约束条件中的任一项或任几项的组合。可以选择任意数量个约束条件，当然选择的约束条件越多，得到的布置方式越理想。
所述设备朝向约束条件为：
Figure BDA0001838996670000115
和/>
Figure BDA0001838996670000116
其中，(Cx，Cy)为布置所有所述车内设备后所述轨道车辆的重心坐标，
Figure BDA0001838996670000117
为所述车内设备的重心与第一设备侧面之间的距离，/>
Figure BDA0001838996670000118
为所述车内设备的重心与第二设备侧面之间的距离，mk为车内设备质量，mc为车体质量，/>
Figure BDA0001838996670000119
Figure BDA00018389966700001110
为所述轨道车辆的车体初始重心坐标，/>
Figure BDA00018389966700001111
为第一行车内设备的重心与设备门面之间的距离，/>
Figure BDA00018389966700001112
为第二行车内设备的重心与设备门面之间的距离。
优选的，所述设备干涉约束条件可以包括第一侧墙间隙约束子条件、第二侧墙间隙约束子条件、左端墙间隙约束子条件、右端墙间隙约束子条件、邻设备纵向间隙约束子条件、第一占用走廊约束条件、第二占用走廊约束条件、轮重轴重偏差约束子条件、中间门左侧设备约束子条件、中间门右侧设备约束子条件、特殊设备位置固定约束子条件、同行关联设备绑定约束子条件、第一间距固定约束子条件、第二间距固定约束子条件和两设备必相邻约束子条件中的任一项或任几项的组合；可以选择任意数量个约束子条件，当然选择的约束子条件越多，得到的布置方式越理想。
所述第一侧墙间隙约束子条件为
Figure BDA0001838996670000121
其中，δdw为第一侧墙最小间隙，第一侧墙为距离第1行所述动态位置的最近的侧墙；
所述第二侧墙间隙约束子条件为
Figure BDA0001838996670000122
Figure BDA0001838996670000123
其中，δuw为第二侧墙最小间隙；其中，第二侧墙为距离第2行所述动态位置的最近的侧墙，wk为所述车内设备的宽度，wc为所述轨道车辆的车厢宽度；
所述左端墙间隙约束子条件为
Figure BDA0001838996670000124
其中，δlw为左端墙最小间隙；
所述右端墙间隙约束子条件为
Figure BDA0001838996670000125
Figure BDA0001838996670000126
其中，δrw为左端墙最小间隙；lk为所述车内设备的长度，lc为所述轨道车辆的车厢长度；
所述邻设备纵向间隙约束子条件为
Figure BDA0001838996670000127
Figure BDA0001838996670000128
所述第一占用走廊约束条件为
Figure BDA0001838996670000129
wd为走廊下沿与距离所述走廊下沿最近的侧墙的距离；
所述第二占用走廊约束条件为
Figure BDA00018389966700001210
wu为走廊上沿与距离所述走廊下沿最近的侧墙的距离；
所述轴重偏差约束子条件为
Figure BDA00018389966700001211
Figure BDA00018389966700001212
其中，τz为轴重与平均轴重偏差百分比上限，Fwi(i＝1,2,…,4)分别为转向架4个轴的轴重，转向架重量为Fg，车体重量为Fc；
所述轮重偏差约束子条件为
Figure BDA0001838996670000131
τw为左右轮偏差百分比上限，dg为转向架的滚动圆间距，/>
Figure BDA0001838996670000132
为所述车体中心的纵坐标，Cy为布置所有所述车内设备后所述轨道车辆的重心纵坐标；
所述中间门左侧设备约束子条件为
Figure BDA0001838996670000133
Figure BDA0001838996670000134
为中间门的左端横坐标，vij为描述所述中间门目标侧是否布置有所述车内设备的变量，当第i行第j个动态位置对应的车内设备位于所述中间门右侧时vij＝1，当第i行第j个动态位置对应的车内设备不位于所述中间门右侧时vij＝0；
所述中间门右侧设备约束子条件为
Figure BDA0001838996670000135
Figure BDA0001838996670000136
为中间门的右端横坐标；
所述特殊设备位置固定约束子条件为
Figure BDA0001838996670000137
Figure BDA0001838996670000138
Figure BDA0001838996670000139
为固定车内设备目标端点的横坐标，/>
Figure BDA00018389966700001310
为固定车内设备目标端点的纵坐标，T为所述固定车内设备的数量；
所述同行关联设备绑定约束子条件为
Figure BDA00018389966700001311
Figure BDA00018389966700001312
P为同行关联设备组的数量；
所述第一间距固定约束子条件为
Figure BDA00018389966700001313
和
Figure BDA00018389966700001314
Figure BDA00018389966700001315
为预设固定间距，/>
Figure BDA00018389966700001316
为编号为/>
Figure BDA00018389966700001317
的车内设备的长度，up为描述第p对关联设备中编号为/>
Figure BDA00018389966700001318
的车内设备的位置关系，当编号为/>
Figure BDA00018389966700001319
的车内设备位于编号为/>
Figure BDA00018389966700001320
的车内设备右侧时up＝1，当编号为/>
Figure BDA00018389966700001321
的车内设备位于编号为/>
Figure BDA00018389966700001322
的车内设备左侧时up＝0；
所述第二间距固定约束子条件为
Figure BDA00018389966700001323
和
Figure BDA00018389966700001324
Figure BDA00018389966700001325
为编号为/>
Figure BDA00018389966700001326
的车内设备的长度；
所述两设备必相邻约束子条件为
Figure BDA00018389966700001327
和
Figure BDA00018389966700001328
S104：利用所述线性规划模型确定每一所述布置方式对应的偏移量，并将最小偏移量对应的布置方式设置为优选布置方式，以便按照所述优选布置方式在所述轨道车辆内布置所有所述车内设备；其中，所述偏移量为描述所述轨道车辆的车体中心与车体重心偏离程度的值。
其中，本步骤计算的偏移量就是车体中心与车体重心之间的距离，本实施例可以通过多种优化方式以偏移量为优化目标对线性规划模型进行优化操作得到最小偏移量。
需要说明的是，为了使轴重轮重平衡和轨道车辆的平稳运行，轨道车辆的车内设备布置方法的最终目的为：使布置车内设备之后的车体重心与车体中心的距离最小。因此，本实施例将最小偏移量对应的布置方式作为优选布置方式，按照该优选布置方式布置所有所述车内设备。
作为一种优选的实施方式，本步骤可以包括：以所述最小偏移量为优化目标对所述线性规划模型进行基于分枝定界法的优化计算得到所述最小偏移量，并最小偏移量对应的布置方式设置为优选布置方式；其中，所述最小偏移量
Figure BDA0001838996670000141
线性规划模型为/>
Figure BDA0001838996670000142
Dx为最大横坐标，Dy为最大纵坐标。
本实施例通过确定每一种车内设备的布置方案对于轨道车辆的车体重心，建立描述每一重心坐标与轨道车辆的车体中心的距离的线性规划模型，以车体重心与车体中心之间的距离作为优化对象对线性规划模型进行优化得到最小偏移量，将最小偏移量对应的布置方式作为优选布置方式进行车内设备的布置。本实施例能够合理设计轨道车辆车内设备的布置方案，减小机车轴重、轮重的不平衡率。
请参见图2，图2为本申请实施例所提供的另一种轨道车辆的车内设备布置方法的流程图，下面通过一个更为具体的实施例来说明图1对应的实施例中S103与S104的优化过程。
本实施例的具体步骤可以包括：
第一步、总体参数输入
获取轨道车辆的车体参数，并根据所述车体参数确定车体中心的位置信息。
第二步、首先建立坐标系
请参见图3，图3为车体俯视平面示意图，本实施例设坐标原点oc位于机械间左下角，车体中心(由于司机室的存在，车体中心不在机械间的几何中心)在该坐标系下坐标为
Figure BDA0001838996670000151
车体重心(不含待布置设备)坐标为/>
Figure BDA0001838996670000152
走廊上沿离x轴距离为wu，走廊下沿离x轴距离为wd。
上述坐标满足
Figure BDA0001838996670000153
wu＝(wc+wz)/2,wd＝(wc-wz)/2。
第三步、设备参数输入
请参见图4，图4为车内设备的设备参数定义示意图。获取所有车内设备的设备参数，并根据所述设备参数计算每一种将所有所述车内设备放置于车厢走廊两侧的布置方式对应的车体重心的位置信息。
第四步、定义决策变量
请参见图5，图5为设备朝向平面示意图，为了便于模型描述，引入如下决策变量：
zijk：0,1离散型变量。表示当第i行第j个位置放置第k个设备时取值为1，否则为0；
xijk,yijk：连续型变量。分别表示第i行第j个位置放置的第k个设备左下端点的横、纵坐标，如果第k个设备未放置在该位置则取值为0；
假设车内设备的个数为K，设备布置的目标是将这K个设备布置在走廊两侧，满足相关约束，使总重心尽量靠近车体中心。由于设备个数为K，因此第一行最多可以布置K个设备，第二行也最多布置K个设备。将两行分别分成K个动态位置，布置一个设备即占用一个动态位置。在动态位置占用过程中应始终保证满足以下两个条件：
1)若i行j+1位置布置有设备，则在i行该设备左侧应有j个设备；
2)若i行j+1位置布置无设备，则在i行j+1位置右侧不应有设备。
每行设备位置是动态的，每行设备动态位置不存在跳跃，每行设备个数即为占用动态位置个数，每个动态位置的实际坐标可根据最终优化结果确定。
基于上述决策条件，很容易得到如下结论：
第k个设备的横纵坐标分别为：
Figure BDA0001838996670000154
第i行第j个位置放置的设备的横纵坐标为：
Figure BDA0001838996670000155
第i行第j个位置放置的设备个数为：
Figure BDA0001838996670000156
第k个设备被布置在车内的次数为：
Figure BDA0001838996670000157
上述决策变量的引入，带来了附加的隐藏约束条件：
1)为保证每个设备都能被布置在车内，即每个设备都会被放在车内某个位置且只能被放置一次，对应的约束条件可描述为
Figure BDA0001838996670000161
2)每个动态位置最多只能布置1个设备，否则易引起混乱，对应的约束条件可描述为
Figure BDA0001838996670000162
3)为保证在动态位置占用过程中满足以下两个条件：①若i行j+1位置布置有设备，则在i行该设备左侧应有j个设备；②若i行j+1位置布置无设备，则在i行j+1位置右侧不应有设备，则该约束可描述为
Figure BDA0001838996670000163
4)如果第k个设备未放置在该位置则对应的xijk,yijk取值为0，即该约束条件的描述相对复杂，可采用如下形式
xijk≤lczijk；
Figure BDA0001838996670000164
yijk≤wcyijk；
Figure BDA0001838996670000165
则当zijk＝0时，有xijk＝yijk＝0，满足该约束条件；当zijk＝1时，有xijk≤lc，yijk≤wc，可完全兼容模型要求。
第五步，目标函数定义
本技术方案的根本目的是通过优化设备布置位置，是整车重心尽可能靠近车体中心，由第二步坐标系定义可知，车体中心坐标为
Figure BDA0001838996670000166
车体初始重心(不含待布置设备)坐标为/>
Figure BDA0001838996670000167
不妨设设备完全布置后整车重心坐标为(Cx,Cy)，则优化目标可描述为
Figure BDA0001838996670000168
为便于线性规划模型建立，令
Figure BDA0001838996670000169
则优化目标转换为
Figure BDA00018389966700001610
同时满足以下约束条件：
Figure BDA00018389966700001611
Figure BDA00018389966700001612
第六步、设备朝向定义
为了便于设备检修，通常要求设备柜门朝向走廊方向，便于随时打开柜门对设备进行检修。由于设备必须顶面在上底面在下，因此一旦确定设备摆放在走廊某一侧，设备朝向就可唯一定义。对应到车体x-y平面，设备朝向如图5所示，朝向定义流程如图6所示，图6为设备朝向定义流程图。
基于上述条件，设备朝向约束可描述为：
Figure BDA0001838996670000171
/>
Figure BDA0001838996670000172
第七步、设备干涉约束
为了防止干涉，所有设备离上下侧墙间隙应分别不小于δuw,δdw，所有设备离左右端墙间隙应分别不小于δlw,δrw，相邻设备间纵向间隙应不小于δlr。此外，对于车内设备而言，所有设备不能占用走廊。
1)侧墙间隙约束
下侧墙最小间隙约束条件可描述为
Figure BDA0001838996670000173
当
Figure BDA0001838996670000174
即第1行第j个位置放置设备个数为1时，其左下点纵坐标应大于下侧墙最小间隙δdw，即/>
Figure BDA0001838996670000175
当
Figure BDA0001838996670000176
即第1行第j个位置未放置设备时，/>
Figure BDA0001838996670000177
和/>
Figure BDA0001838996670000178
都为0，上式简化为：/>
Figure BDA0001838996670000179
可完全兼容模型要求。
同理，对于上侧墙最小间隙约束条件可描述为
Figure BDA00018389966700001710
当
Figure BDA00018389966700001711
即第2行第j个位置放置设备个数为1时，不妨设该位置的设备编号为k0，则有/>
Figure BDA00018389966700001712
且该设备左上点纵坐标应小于等于wc-δuw，即对于第2行位置j有
Figure BDA00018389966700001713
满足要求；
当
Figure BDA00018389966700001714
即第2行第j个位置未放置设备时，则有/>
Figure BDA00018389966700001715
Figure BDA00018389966700001716
上式简化为：/>
Figure BDA00018389966700001717
可完全兼容模型要求。
2)端墙间隙约束
左端墙最小间隙约束条件可描述为
Figure BDA0001838996670000181
/>
当
Figure BDA0001838996670000182
即第i行第1个位置放置设备个数为1时，其左下点横坐标应大于等于左端墙最小间隙δdw，即/>
Figure BDA0001838996670000183
当
Figure BDA0001838996670000184
即第i行第1个位置未放置设备时，/>
Figure BDA0001838996670000185
也为0，上式简化为：
Figure BDA0001838996670000186
可完全兼容模型要求。
同理，右端墙最小间隙约束条件可描述为
Figure BDA0001838996670000187
当
Figure BDA0001838996670000188
即第i行第j个位置放置设备个数为1时，不妨设该位置的设备编号为k0，则有/>
Figure BDA0001838996670000189
且该设备右下点横坐标应小于等于lc-δrw，即第i行第j个位置设备k0有/>
Figure BDA00018389966700001810
当
Figure BDA00018389966700001811
即第i行第j个位置未放置设备时，/>
Figure BDA00018389966700001812
上式简化为：0≤lc，满足模型兼容要求。
3)相邻设备间纵向间隙约束
设备布置时，要求同一行相邻两设备之间最小间隙为δlr，则该约束可描述为：
Figure BDA00018389966700001813
当i,j位置和i,j+1位置都有设备时，则有
Figure BDA00018389966700001814
可以设i,j位置设备编号为k1，i,j+1位置设备编号为k2，则有/>
Figure BDA00018389966700001815
Figure BDA00018389966700001816
则上式简化为xi,j+1,k2-xi,j,k1≥lk1+δlr。符合模型要求；
当i,j位置有设备但i,j+1位置无设备时，则有
Figure BDA00018389966700001817
不妨设i,j位置设备编号为k0，则有/>
Figure BDA00018389966700001818
则上式简化为xi,j+1,k2-xi,j,k1≥lk1+δlr，满足模型兼容要求；
当i,j位置和i,j+1位置都无设备时，则有
Figure BDA0001838996670000191
/>
Figure BDA0001838996670000192
则上式简化为lc≥0，满足模型兼容要求。
4)占用走廊约束
根据占用走廊约束要求，必须同时保证第1行设备上沿不能超过走廊下沿，第2行设备下沿不能超过走廊上沿。
①第1行设备上沿不能超过走廊下沿可描述为：
Figure BDA0001838996670000193
当
Figure BDA0001838996670000194
即第1行第j个位置放置设备个数为1时，不妨设该位置的设备编号为k0，则有/>
Figure BDA0001838996670000195
且该设备左上点纵坐标应小于等于wd，即y1,j,k0+lk0≤wd；
当
Figure BDA0001838996670000196
即第1行第j个位置未放置设备时，/>
Figure BDA0001838996670000197
上式简化为：0≤wd，满足模型兼容要求。
②同理，第2行设备下沿不能超过走廊上沿可描述为：
Figure BDA0001838996670000198
当
Figure BDA0001838996670000199
即第2行第j个位置放置设备个数为1时，不妨设该位置的设备编号为k0，则有/>
Figure BDA00018389966700001910
且该设备左下点横坐标应大于等于wu，即y2,j,k0≥wu；
当
Figure BDA00018389966700001911
即第2行第j个位置未放置设备时，/>
Figure BDA00018389966700001912
上式简化为：0≥0，满足模型兼容要求。
第八步、轮重轴重偏差约束
为保证车辆性能，应保证两个转向架4根轴轴重与平均轴重偏差百分比上限为τz，且同一轴左右轮重偏差百分比上限为τw。
如图7所示，图7为轴重计算参数关系示意图，车上重量为Fc，车上重心纵坐标为Cx，车上中心纵坐标为
Figure BDA00018389966700001913
则车上重心与中心纵坐标偏差为/>
Figure BDA00018389966700001914
则转向架a、b承受重量分别为：
Figure BDA00018389966700001915
如图8所示，图8为转向架参数关系示意图，转向架a二系承重Fa，转向架重量为Fg，则转向架a两个轴轴重分别为：
Figure BDA0001838996670000201
同理，转向架a两个轴轴重分别为：
Figure BDA0001838996670000202
轴重偏差可描述为：
Figure BDA0001838996670000203
Figure BDA0001838996670000204
如图9所示，图9为轮重计算参数关系示意图，以转向架a第1轴为例，该轴轴重为Fw1，车上重心与中心横坐标偏差为
Figure BDA0001838996670000205
转向架重心与中心横坐标无偏差，则一系簧上质量横向总偏差为/>
Figure BDA0001838996670000206
则转向架a第1轴左右车轮承受重量分别为：
Figure BDA0001838996670000207
同理，对于其他车轴左右车轮承受重量为：
Figure BDA0001838996670000208
由上述轮重公式可知轮重计算关系存在非线性项，轮重偏差可描述为：
Figure BDA0001838996670000209
化简后可得
Figure BDA00018389966700002010
第九步、车体中间门约束
如果机车车体存在中间门，则中间门对应的位置不能布置设备，以免影响相关人员开门进出。vij：0,1离散型变量。表示当第i行第j个位置的设备位于该行中间门右侧时为1，否则为0。
如图4所示，第i行中间门左、右端的横坐标分别为
Figure BDA00018389966700002011
当第i行第j个位置的设备位于该行中间门右侧时vij＝1，位于该行中间门右侧时vij＝0，因此车体中间门位置不能布置设备的约束可以描述为：
1)对于门左侧的设备
Figure BDA00018389966700002012
当设备位于该行中间门左侧时vij＝0，上式简化为
Figure BDA0001838996670000211
即门左侧设备右端不能超出中间门左端；
当设备位于该行中间门右侧时vij＝1，上式简化为
Figure BDA0001838996670000212
此时不能约束门右侧设备左端不能超出中间门右端，但满足兼容性要求；
2)对于门右侧的设备
Figure BDA0001838996670000213
当设备位于该行中间门右侧时vij＝1，上式简化为
Figure BDA0001838996670000214
即门右侧设备左端不能超出中间门右端；
当设备位于该行中间门左侧时vij＝0，上式简化为
Figure BDA0001838996670000215
此时不能约束门左侧设备右端不能超出中间门左端，但满足兼容性要求。
综合这两个约束即可完全实现车体中间门位置不能布置设备的要求。
第十步、特殊设备位置固定约束
由于牵引通风风机需要布置在风口附近，因此在设备布置优化时，应该保证牵引风机在风口附近位置固定不变，但同时又需要保证其他设备与牵引通风风机不能干涉。
不妨设需要位置固定的设备个数为T，对于任意需要位置固定的编号为kt,t＝1,…,T的设备，其左下端点的横、纵坐标分别为
Figure BDA0001838996670000216
则有
Figure BDA0001838996670000217
从而限制了牵引风机在风口附近位置固定不变，同时
Figure BDA0001838996670000218
仍满足第七步中的干涉相关约束。
第十一步、关联设备绑定约束
由于功能需要，主变流柜中的液体需要经过冷却塔冷却后再返回给主变流柜工作，因此这两个设备在布置位置时需要保证始终相邻，且两设备之间保持固定间距，因此为实现这一绑定约束需要满足三个条件：1)两设备需要在同一行；2)两设备之间间距固定；3)两设备必须相邻。
为便于模型的通用性，不妨设需要两两绑定的设备组数为P，第p组绑定的两个设备的编号为
Figure BDA0001838996670000219
这两个设备间的固定间距为/>
Figure BDA00018389966700002110
其中p∈{1,…,P}。
up：0,1离散型变量。表示当第p对绑定设备中编号为
Figure BDA0001838996670000221
的设备位于编号为/>
Figure BDA0001838996670000222
的设备右侧时为1，否则为0。
当前情况下，对于主变流柜与冷却塔绑定约束而言P＝1，只有一组设备需要绑定。
1)两设备需要在同一行
Figure BDA0001838996670000223
2)两设备之间间距固定
如果设备
Figure BDA0001838996670000224
在设备/>
Figure BDA0001838996670000225
右侧，则有/>
Figure BDA0001838996670000226
但这一条件不能兼容设备/>
Figure BDA0001838996670000227
在设备/>
Figure BDA0001838996670000228
左侧的情形；
同理，如果设备
Figure BDA0001838996670000229
在设备/>
Figure BDA00018389966700002210
左侧，则有/>
Figure BDA00018389966700002211
同样不能兼容设备/>
Figure BDA00018389966700002212
在设备/>
Figure BDA00018389966700002213
右侧的情形。
为保证兼容性，接下来将对上述两种情形分别进行条件补充。
①设备
Figure BDA00018389966700002214
在设备/>
Figure BDA00018389966700002215
右侧
Figure BDA00018389966700002216
Figure BDA00018389966700002217
这样如果设备
Figure BDA00018389966700002218
在设备/>
Figure BDA00018389966700002219
右侧，则有up＝1，上述条件简化为
Figure BDA00018389966700002220
且/>
Figure BDA00018389966700002233
从而保证
Figure BDA00018389966700002221
同时，如果设备
Figure BDA00018389966700002222
在设备/>
Figure BDA00018389966700002223
左侧，则有up＝0，上述条件简化为
Figure BDA00018389966700002224
满足兼容性要求。
②设备
Figure BDA00018389966700002225
在设备/>
Figure BDA00018389966700002226
左侧
Figure BDA00018389966700002227
Figure BDA00018389966700002228
这样如果设备
Figure BDA00018389966700002229
在设备/>
Figure BDA00018389966700002230
左侧，则有up＝0，上述条件简化为
Figure BDA00018389966700002231
且/>
Figure BDA00018389966700002232
从而保证
Figure BDA0001838996670000231
同时，如果设备
Figure BDA0001838996670000232
在设备/>
Figure BDA0001838996670000233
右侧，则有up＝1，上述条件简化为/>
Figure BDA0001838996670000234
满足兼容性要求。
3)两设备必须相邻
Figure BDA0001838996670000235
(式21)中，第一个公式由j的任意性可保证设备
Figure BDA0001838996670000236
与设备/>
Figure BDA0001838996670000237
相邻，后两个公式分别保证j＝1与j＝K的情形。
第十二步，建立混合整数规划模型
优化目标为(式1)，约束条件为(式2)-(式22)，联立即为该方案的混合整数线性规划模型。
第十三步、模型求解
采用分枝定界法求解该混合整数规划模型，其基本思想就是隐式地枚举一切可行解，采用分枝的策略分而治之，所谓分枝就是逐次对可行域进行划分，所谓定界就是对于每个分枝(也称子域)，要计算原问题最优解的下界(本模型为最小值优化问题)。这些下界用来在求解过程中判定是否需要对目前的分枝进一步划分。也就是尽可能去掉一些明显的非最优点，避免完全枚举，提升求解效率。
要实现分枝定界法求解该混合整数规划模型，首先取消原混合整数规划(MIP)中决策变量为整数的限制(松弛)，松弛后对应的连续优化问题则为原问题的松弛线性规划(LP)，对于本模型中的极小化问题，在每个分支上解松弛线性规划(LP)，其最优值XB是对应混合整数规划(MIP)限定在该分支上的下界。如果XB是整数解，则XB是对应混合整数规划(MIP)在该分支上的最优解；如果XB是非整数解，不妨设XB中分量xi为非整数决策变量，对应值为bi，将可行域分解成xi<[bi]和xi≥[bi]+1两个分枝,在两个分枝上分别求解，对于目标值较大的分枝剪枝舍弃，去掉明显的非最优点，对于保留的分枝，按照最初的流程判断该分枝最优解是否整数解，如果是整数解则为最优解，否则在保留的分枝上进一步分解成两个子分枝，依次循环，直到找到最优解。该算法流程图如图10所示，图10为分枝定界法求解算法实施流程图。
第十四步、优化方案输出
模型求解完成后，对优化结果输出到预先定义好的固定设备布置参数表，提供给设计部门使用，同时，后台调用AutoCad同步画出设备布置平面图。
第十五步、减重优化
方案布置完成后，基于优化方案判定是否需要进一步减重优化，制定各设备减重优化分配方案，重新输入各设备减重后的设备参数，回到第三步。
本发明的轨道车辆重量管理及计算方法简单可靠，能同时兼顾调整各部件重量和安装位置；确立了基于混合整数规划模型的全局优化策略，预测模型能够快速得到符合工程要求的优化解集，最大可能减低各部件重量，优化了各部件安装位置，有效利用了车体安装空间。该实施例可快速自动化得到设备布置优化方案，克服根据经验的设备布置方法的主观性，降低重量管理的误差，提升车辆设计效率。实施例适用于电力机车、城轨车辆、动车组等多种类型轨道车辆。该实施例计算效率高，计算精度高，优化满意度高。相比传统多目标优化方法，该方法不依赖与初始解，且优化结果不容易陷入局部最优解。基于该实施例可快速进行减重优化。
下面通过在实际应用中的实施例说明上述实施例描述的流程。
以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
以某电力机车车内设备布置为例，由于车内设备布置可简化为二维平面问题，故所有参数只给出长宽，高度参数在此不予给定。
该车车辆总体参数包括：车体长lc＝13874.5mm、车体宽wc＝3094mm、车体重量mc＝31208.6kg、转向架质量mg＝17760kg、转向架中心距lb＝9000mm、轮对距离lw＝2900mm、二系支撑距离ds＝9000mm、转向架重心与二系支撑的距离d1＝37mm、二系支撑与转向架中心的距离d2＝15mm、滚动圆间距dg＝1500mm、走廊宽度wz＝600mm，车体中间门参数为
Figure BDA0001838996670000241
坐标原点oc位于机械间左下角，车体中心(由于司机室的存在，车体中心不在机械间的几何中心)在该坐标系下坐标为
Figure BDA0001838996670000242
车体重心(不含待布置设备)坐标为/>
Figure BDA0001838996670000243
设备参数包括：车内设备数为19，各设备重量mk，尺寸参数(长lk/宽wk)，及重心参数(如图4，重心到设备侧面距离
Figure BDA0001838996670000244
到设备门面距离/>
Figure BDA0001838996670000245
)详见表1：
表1车内设备参数表
Figure BDA0001838996670000251
此外，其他约束参数包括：
设备干涉参数：左右两个设备之间最小间距δlr＝20mm，设备与左(右、上、下)墙之间最小间距δlw＝δrw＝20mm,δuw＝δdw＝100mm；
轮重轴重偏差约束参数：轴重偏差百分比上限：τz＝1.5％，轮重偏差百分比上限：τw＝3.5％；
特殊设备位置固定约束，请参见表2：
表2特殊设备位置信息表
Figure BDA0001838996670000261
关联设备绑定约束参数：由于功能需要，主变流柜中的液体需要经过冷却塔冷却后再返回给主变流柜工作，因此这两个设备在布置位置时需要保证始终相邻，且两设备之间保持固定间距，两两绑定的设备组数为P＝1，第p组绑定的两个设备编号为
Figure BDA0001838996670000262
两个设备间的固定间距为/>
Figure BDA0001838996670000263
根据上述输入，按照本发明方法实施后计算得到设备布置方案如下表3：
表3车内设备布置信息表
序号 主要部件 设备重心Xk 设备重心Yk
1 主变流柜 4313.5 845
2 列车供电柜 -4241.38 -827
3 电源柜安装 -4411 644
4 复轨器安装 -1698 821
5 6A系统柜 -1699.38 -676
6 空调柜(含风道) 7183.5 -987
7 冷却塔安装 2790.62 -927
8 牵引通风风机1 7868.5 -1072
9 牵引通风风机2 6518.5 1072
10 牵引通风风机3 -5226 -1072
11 牵引通风风机4 1455.62 -1072
12 辅助变压器柜安装(含风道) -2809.38 -997
13 制动柜(含辅助压缩机，含柜门) 7618.5 690
14 压缩机安装 -272.382 -1142
15 通讯信号柜 -3410 799.775
16 低压柜安装 1693.5 748
17 蓄电池柜安装 -5141 1067
18 工具柜 -2434 640
19 网侧柜 4465.62 -836
优化计算过程几分钟即可，优化前后重心与中心偏差：纵向36.59mm→0，横向2.308mm→0，轮重偏差：0.91％→0，轴重偏差：0.43％→0.26％，优化效果明显。
请参见图11，图11为本申请实施例所提供的一种轨道车辆的车内设备布置系统的结构示意图；
该系统可以包括：
中心确定模块100，用于获取轨道车辆的车体参数，并根据所述车体参数确定车体中心的位置信息；
重心确定模块200，用于获取所有车内设备的设备参数，并根据所述设备参数计算每一种所有所述车内设备放置于车厢走廊两侧的布置方式对应的车体重心的位置信息；
模型构建模块300，用于根据所述车体中心的位置信息和每一所述车体重心的位置信息建立线性规划模型；其中，所述线性规划模型为描述车体中心与车体重心之间的距离的模型；
设备布置模块400，用于利用所述线性规划模型确定每一所述布置方式对应的偏移量，并将最小偏移量对应的布置方式设置为优选布置方式，以便按照所述优选布置方式在所述轨道车辆内布置所有所述车内设备；其中，所述偏移量为描述所述轨道车辆的车体中心与车体重心偏离程度的值。
本实施例通过确定每一种车内设备的布置方案对于轨道车辆的车体重心，建立描述每一重心坐标与轨道车辆的车体中心的距离的线性规划模型，以车体重心与车体中心之间的距离作为优化对象对线性规划模型进行优化得到最小偏移量，将最小偏移量对应的布置方式作为优选布置方式进行车内设备的布置。本实施例能够合理设计轨道车辆车内设备的布置方案，减小机车轴重、轮重的不平衡率。
由于系统部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此系统部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
本申请还提供了一种电子设备，可以包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时，可以实现上述实施例所提供的步骤。当然所述电子设备还可以包括各种网络接口，电源等组件。在该电子设备上实施上述方案可以达到如下目标：1)建立设备干涉、检修空间、设备朝向、走廊占用、特殊设备位置固定、关联设备绑定等约束与设备位置的关联关系，实现重心、轴重、轮重及不平衡率计算，实现基于约束的设备布置方案设计；2)建立混合整数线性规划模型，开发车辆车内设备布置位置及整体重心控制的系统平台，实现在只修改输入参数的情况下，平台能自动快速进行设备布置优化；3)解决传统优化方法优化结果对初始解依赖性比较强的问题，设备布置优化方案不依赖于初始方案，且能自动推荐多组优化解(含最优解)；4)解决传统多目标优化方法容易陷入局部最优解的缺陷，该方法可快速有效找到全局最优解；5)为便于工程应用，在保证优化精度的同时，优化效率相比传统优化方法大幅提升；6)设备布置优化方案自动输出到设备位置参数表，二维图以AUTOCAD平台自动输出，并标识各设备重心位置。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (9)

1.一种轨道车辆的车内设备布置方法，其特征在于，包括：
获取轨道车辆的车体参数，并根据所述车体参数确定车体中心的位置信息；
获取所有车内设备的设备参数，并根据所述设备参数计算每一种将所有所述车内设备放置于车厢走廊两侧的布置方式对应的车体重心的位置信息；
根据所述车体中心的位置信息和每一所述车体重心的位置信息建立线性规划模型；其中，所述线性规划模型为描述车体中心与车体重心之间的距离的模型；
利用所述线性规划模型确定每一所述布置方式对应的偏移量，并将最小偏移量对应的布置方式设置为优选布置方式，以便按照所述优选布置方式在所述轨道车辆内布置所有所述车内设备；其中，所述偏移量为描述所述轨道车辆的车体中心与车体重心偏离程度的值；
其中，根据所述车体中心的位置信息和每一所述车体重心的位置信息建立线性规划模型包括：
在排列约束条件下，根据所述车体中心的位置信息和每一所述车体重心的位置信息建立线性规划模型；
其中，所述排列约束条件包括设备朝向约束条件、设备干涉约束条件、轮重轴重偏差约束条件、车体中间门约束条件和关联设备绑定约束条件中的任一项或任几项的组合。
2.根据权利要求1所述车内设备布置方法，其特征在于，根据所述设备参数计算每一种所有所述车内设备放置于车厢走廊两侧的布置方式对应的车体重心的位置信息包括：
将所述轨道车辆的车厢走廊两侧的设备放置区域划分为K个用于放置所述车内设备的动态位置；其中，所述车内设备的数量为K，同一行所述动态位置上放置的车内设备为空间位置连续的车内设备；
设置离散型变量
Figure QLYQS_1
；其中，/>
Figure QLYQS_2
为描述第i行第j个动态位置是否放置有第k个车内设备的变量，当放置有所述第k个车内设备时/>
Figure QLYQS_3
，当未放置所述第k个车内设备时/>
Figure QLYQS_4
；
设置连续型变量（
Figure QLYQS_6
）；其中，（/>
Figure QLYQS_7
）为描述第i行第j个动态位置放置的第k个车内设备的左下端点的坐标的变量，当第k个设备未放置在第i行第j个动态位置时（
Figure QLYQS_9
）=（0，0）； 第k个车内设备的第一坐标为（/>
Figure QLYQS_11
）；第i行第j个动态位置对应的车内设备的第二坐标为（/>
Figure QLYQS_12
），/>
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=1，2，/>
Figure QLYQS_15
=1，2，···，K；第i行第j个动态位置放置的车内设备的设备数量为/>
Figure QLYQS_5
，/>
Figure QLYQS_8
=1，2，/>
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=1，2，···，K；第k个车内设备被布置在车内的布置次数为/>
Figure QLYQS_13
，/>
Figure QLYQS_16
=1，2，···，K ；
根据所述第一坐标、所述第二坐标、所述设备数量和所述布置次数生成重心约束条件；
在所述重心约束条件下，根据所述设备参数计算每一种所有所述车内设备放置于车厢走廊两侧的布置方式对应的车体重心的位置信息。
3.根据权利要求2所述车内设备布置方法，其特征在于，所述重心约束条件包括第一重心约束子条件、第二重心约束子条件、第三重心约束子条件、第四重心约束子条件和第五重心约束子条件中的任一项或任几项的组合；
其中，第一重心约束子条件为
Figure QLYQS_17
，/>
Figure QLYQS_18
=1，2，···，K ；
第二重心约束子条件为
Figure QLYQS_19
，/>
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=1，2，/>
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=1，2，···，K；
第三重心约束子条件为
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，/>
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=1，2，/>
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=1，2，···，K-1；
第四重心约束子条件为
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；/>
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=1，2，/>
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=1，2，···，K；/>
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=1，2，···，K，/>
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为所述轨道车辆的车厢长度；
第五重心约束子条件为
Figure QLYQS_30
；/>
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=1，2，/>
Figure QLYQS_32
=1，2，···，K；/>
Figure QLYQS_33
=1，2，···，K，/>
Figure QLYQS_34
为所述轨道车辆的车厢宽度。
4.根据权利要求3所述车内设备布置方法，其特征在于，所述设备朝向约束条件为：
Figure QLYQS_35
和
Figure QLYQS_36
；
其中，（
Figure QLYQS_38
）为布置所有所述车内设备后所述轨道车辆的重心坐标，/>
Figure QLYQS_39
为所述车内设备的重心与第一设备侧面之间的距离，/>
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为所述车内设备的重心与第二设备侧面之间的距离，/>
Figure QLYQS_41
为车内设备质量，/>
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为车体质量，（/>
Figure QLYQS_43
）为所述轨道车辆的车体初始重心坐标，/>
Figure QLYQS_44
为第一行车内设备的重心与设备门面之间的距离，/>
Figure QLYQS_37
为第二行车内设备的重心与设备门面之间的距离。
5.根据权利要求2所述车内设备布置方法，其特征在于，所述设备干涉约束条件包括第一侧墙间隙约束子条件、第二侧墙间隙约束子条件、左端墙间隙约束子条件、右端墙间隙约束子条件、邻设备纵向间隙约束子条件、第一占用走廊约束条件、第二占用走廊约束条件、轮重偏差约束子条件、轴重偏差约束子条件、中间门左侧设备约束子条件、中间门右侧设备约束子条件、特殊设备位置固定约束子条件、同行关联设备绑定约束子条件、第一间距固定约束子条件、第二间距固定约束子条件和两设备必相邻约束子条件中的任一项或任几项的组合；
所述第一侧墙间隙约束子条件为
Figure QLYQS_45
，/>
Figure QLYQS_46
=1，2，···，K；其中，/>
Figure QLYQS_47
为第一侧墙最小间隙，第一侧墙为距离第1行所述动态位置的最近的侧墙；
所述第二侧墙间隙约束子条件为
Figure QLYQS_48
，/>
Figure QLYQS_49
=1，2，···，K；其中，/>
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为第二侧墙最小间隙；其中，第二侧墙为距离第2行所述动态位置的最近的侧墙，/>
Figure QLYQS_51
为所述车内设备的宽度，/>
Figure QLYQS_52
为所述轨道车辆的车厢宽度；
所述左端墙间隙约束子条件为
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，/>
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=1，2；其中，/>
Figure QLYQS_55
为左端墙最小间隙；
所述右端墙间隙约束子条件为
Figure QLYQS_56
，/>
Figure QLYQS_57
=1，2；/>
Figure QLYQS_58
=1，2，···，K；其中，/>
Figure QLYQS_59
为左端墙最小间隙；/>
Figure QLYQS_60
为所述车内设备的长度，/>
Figure QLYQS_61
为所述轨道车辆的车厢长度；
所述邻设备纵向间隙约束子条件为
Figure QLYQS_62
，/>
Figure QLYQS_63
=1，2，/>
Figure QLYQS_64
=1，2，···，K；
所述第一占用走廊约束条件为
Figure QLYQS_65
，/>
Figure QLYQS_66
=1，2，···，K；
Figure QLYQS_67
为走廊下沿与距离所述走廊下沿最近的侧墙的距离；
所述第二占用走廊约束条件为
Figure QLYQS_68
，/>
Figure QLYQS_69
=1，2，···，K；/>
Figure QLYQS_70
为走廊上沿与距离所述走廊下沿最近的侧墙的距离；
所述轴重偏差约束子条件为
Figure QLYQS_71
，/>
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=1，2，···，4；其中，/>
Figure QLYQS_73
为轴重与平均轴重偏差百分比上限，/>
Figure QLYQS_74
分别为转向架4个轴的轴重，转向架重量为/>
Figure QLYQS_75
，车体重量为/>
Figure QLYQS_76
；
所述轮重偏差约束子条件为
Figure QLYQS_77
，/>
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为左右轮偏差百分比上限，/>
Figure QLYQS_79
为转向架的滚动圆间距，/>
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为所述车体中心的纵坐标，/>
Figure QLYQS_81
为布置所有所述车内设备后所述轨道车辆的重心纵坐标；
所述中间门左侧设备约束子条件为
Figure QLYQS_82
，/>
Figure QLYQS_83
为中间门的左端横坐标，/>
Figure QLYQS_84
为描述所述中间门目标侧是否布置有所述车内设备的变量，当第i行第j个动态位置对应的车内设备位于所述中间门右侧时/>
Figure QLYQS_85
=1，当第i行第j个动态位置对应的车内设备不位于所述中间门右侧时/>
Figure QLYQS_86
=0；
所述中间门右侧设备约束子条件为
Figure QLYQS_87
，/>
Figure QLYQS_88
为中间门的右端横坐标；
所述特殊设备位置固定约束子条件为
Figure QLYQS_89
，/>
Figure QLYQS_90
，/>
Figure QLYQS_91
=1，2，···，T ； />
Figure QLYQS_92
为固定车内设备目标端点的横坐标，/>
Figure QLYQS_93
为固定车内设备目标端点的纵坐标，T为所述固定车内设备的数量；
所述同行关联设备绑定约束子条件为
Figure QLYQS_94
，/>
Figure QLYQS_95
=1，2；/>
Figure QLYQS_96
=1，2，···，P；P为同行关联设备组的数量；
所述第一间距固定约束子条件为
Figure QLYQS_98
和
Figure QLYQS_100
；/>
Figure QLYQS_102
为预设固定间距，
Figure QLYQS_104
为编号为/>
Figure QLYQS_106
的车内设备的长度，/>
Figure QLYQS_107
为描述第p对关联设备中编号为/>
Figure QLYQS_109
、/>
Figure QLYQS_97
的车内设备的位置关系的变量，当编号为/>
Figure QLYQS_99
的车内设备位于编号为/>
Figure QLYQS_101
的车内设备右侧时/>
Figure QLYQS_103
=1，当编号为/>
Figure QLYQS_105
的车内设备位于编号为/>
Figure QLYQS_108
的车内设备左侧时/>
Figure QLYQS_110
=0；
所述第二间距固定约束子条件为
Figure QLYQS_111
和
Figure QLYQS_112
；/>
Figure QLYQS_113
为编号为/>
Figure QLYQS_114
的车内设备的长度；
所述两设备必相邻约束子条件为
Figure QLYQS_115
、/>
Figure QLYQS_116
和
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；/>
Figure QLYQS_118
=1，2；/>
Figure QLYQS_119
=1，2，···，K-1；/>
Figure QLYQS_120
=1，2，···，P。
6.根据权利要求5所述车内设备布置方法，其特征在于，将最小偏移量对应的布置方式设置为优选布置方式包括：
以所述最小偏移量为优化目标对所述线性规划模型进行基于分枝定界法的优化计算得到所述最小偏移量，并最小偏移量对应的布置方式设置为优选布置方式；
其中，所述最小偏移量
Figure QLYQS_121
，线性规划模型为
Figure QLYQS_122
，/>
Figure QLYQS_123
为最大横坐标，/>
Figure QLYQS_124
为最大纵坐标。
7.根据权利要求1所述车内设备布置方法，其特征在于，按照所述优选布置方式在所述轨道车辆内布置所有所述车内设备包括：
按照所述优选布置方式进行设备模拟仿真得到仿真结果；
根据所述仿真结果进行对应的设备减重优化分配处理，得到最终布置方式，并按照所述优选布置方式在所述轨道车辆内布置所有所述车内设备。
8.一种轨道车辆的车内设备布置系统，其特征在于，包括：
中心确定模块，用于获取轨道车辆的车体参数，并根据所述车体参数确定车体中心的位置信息；
重心确定模块，用于获取所有车内设备的设备参数，并根据所述设备参数计算每一种所有所述车内设备放置于车厢走廊两侧的布置方式对应的车体重心的位置信息；
模型构建模块，用于根据所述车体中心的位置信息和每一所述车体重心的位置信息建立线性规划模型；其中，所述线性规划模型为描述车体中心与车体重心之间的距离的模型；
设备布置模块，用于利用所述线性规划模型确定每一所述布置方式对应的偏移量，并将最小偏移量对应的布置方式设置为优选布置方式，以便按照所述优选布置方式在所述轨道车辆内布置所有所述车内设备；其中，所述偏移量为描述所述轨道车辆的车体中心与车体重心偏离程度的值；
其中，所述模型构建模块根据所述车体中心的位置信息和每一所述车体重心的位置信息建立线性规划模型的过程包括：在排列约束条件下，根据所述车体中心的位置信息和每一所述车体重心的位置信息建立线性规划模型；其中，所述排列约束条件包括设备朝向约束条件、设备干涉约束条件、轮重轴重偏差约束条件、车体中间门约束条件和关联设备绑定约束条件中的任一项或任几项的组合。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述轨道车辆的车内设备布置方法的步骤。
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