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Continuous optimisation of passenger ride comfort and wheel/rail wear through the genetic algorithm
KTH, School of Engineering Sciences (SCI), Aeronautical and Vehicle Engineering, Rail Vehicles.
2017 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

The performance of a rail system can be severely affected if the track where the rail vehicle is intended to run is in very bad condition. In this case, a train could easily exceed the acceleration limit if a particular track section is sufficiently damaged. A modification of the suspension parameters could reduce the acceleration in that single section but also affect negatively the ride comfort for the rest of the network.

The purpose of the present work is to develop a tool in MATLAB that allows a continuous optimisation of the passenger ride comfort and the wheel/rail wear of Alstom trams Citadis X05 for a specific track, speed profile and design parameters designated by the user. The track where the rail vehicles are intended to run will be divided into sections depending on the track geometry and track quality. The optimisation will be carried out through a genetic algorithm.

The thesis work is divided into modelling, recognition of parameters and optimisation. The modelling of Citadis X05 is performed by GENSYS. This part includes a validation phase of the model. In the second phase, a sensitivity study is undertaken with the aim of identifying the design parameters that could have an impact on passenger ride comfort and wheel/rail wear. Finally, the implementation of the genetic algorithm and the development of a graphical user interface (GUI) in MATLAB is carried out.

A simulation for two sections of a track has shown an improvement of the passenger ride comfort and wheel/rail wear for both sections. Furthermore, the algorithm provided different combinations of parameters that yielded in the same optimal solution, and thus more alternatives. Although the results are positive, the obtained set of design parameters must go through exhaustive tests to assure that both the operational and safety requirements are still fulfilled. Therefore, for further work, it is important to consider other aspects in the optimisation problem to enhance the reliability of solutions obtained by the algorithm. Furthermore, the addition of more design parameters such as geometric parameters and inertial property parameters can give us new, interesting results and approaches.

Abstract [sv]

Ett järnvägssystems prestanda kan påverkas kraftigt om spåret spårfordonet ska rulla är väldigt skadat. I så fall, ett tåg skulle kunna överskrida accelerationsgränsen om en enskild spårsträcka var tillräckligt skadad. En enkel justering på fjädringssystemet skulle minska accelerationen på den enstaka spårsträckan, men också påverka negativt på resten av järnvägsnätet.

Syftet med detta examensarbete är att utveckla ett verktyg i MATLAB som kontinuerligt optimerar passagerarnas komfort samt hjulslitage av Alstoms spårvagnar Citadis X05 för en specifik bana, hastighetsprofil och utformningsparametrar som bestämmes av användaren. Banan där spårvagnen ska rulla på ska delas i olika spårsträckor beroende på spårets geometri och kvalitet. Optimeringen ska genomföras genom användning av genetisk algoritm.

Studien består av modellering, framtagning av parametrar och optimering. Modelleringen av Citadis X05 utförs i GENSYS. Den här delen inkluderar modellens valideringsfas. I den andra delen, utfördes en känslighetsanalys för att identifiera vilka parametrar som kunde inverka på passagerarnas komfort samt hjulslitage. Den sista delen av studien avser genomförande av den genetiska algoritmen och utveckling av det grafiska användargränssnittet (GUI) i MATLAB.

Simulering av två spårsträckor har visat en förbättring av komforten och hjulslitaget för båda spårsträckorna. Dessutom, algoritmen har givit olika kombinationer av parametrar som ger samma optimallösning, som i sin tur ger fler alternativ. Visserligen är resultatet positivt, men uppsättningen parametrar som erhålls måste genomgå flera tester för att vara säker på att både operativa krav och säkerhetskrav är uppfyllda. Därför, för vidare utveckling, är det viktigt att ta hänsyn till andra aspekter i optimeringsproblemet för att öka pålitligheten av de erhållna lösningarna. Dessutom, om flera parametrar såsom geometriska parametrar och tröghetsegenskaper läggs till, kan detta leda oss till nya och intressanta infallsvinklar.

Abstract [fr]

La performance des systèmes ferroviaires peut être fortement affectée si la voie sur laquelle les trains vont circuler est très endommagée. Dans ce cas, un train pourrait facilement dépasser la limite d’accélération acceptable si un point particulier de la voie est suffisamment endommagé. Une modification simple des paramètres de suspension permettrait de réduire les accélérations dans ce point particulier, mais aussi dégraderait le comportement sur le reste du réseau.

L’objectif de cette étude est de développer un outil sur MATLAB qui permet une optimisation en continu du confort de passagers et de l’usure de roue des tramways Citadis X05 conçus par Alstom pour une voie spécifique, avec un profil de vitesse et des paramètres de conception déterminés par l’utilisateur. La voie où les tramways vont circuler sera coupée en tronçons en fonction de la géométrie ou la qualité de la voie. L’optimisation sera réalisée en utilisant l’algorithme génétique.

Cette étude est divisée en trois partie : la modélisation, la reconnaissance des paramètres et l’optimisation. La modélisation du tramway Citadis X05 est réalisée sur GENSYS. Cette partie comprend une phase de validation du modèle. Dans une deuxième phase, une étude de sensibilité est effectuée pour identifier les paramètres qui peuvent avoir un impact sur le confort des passagers et l’usure de roue. La phase finale de l’étude est dédiée à l’implémentation de l’algorithme génétique et au développement de l’interface utilisateur graphique (GUI) sur MATLAB.

Une simulation pour deux tronçons de la voie a montré une amélioration du confort de passagers et l’usure de roue. De plus, l’algorithme a fourni différentes combinaisons des paramètres qui donnent des solutions optimales relativement proches les unes des autres et donc offrent davantage d’alternatives. Bien que les résultats soient positifs, le jeu des paramètres obtenus doit être soumis à des tests rigoureux pour assurer que les exigences opérationnelles et de sécurité soient remplies. Donc, dans la continuité de cette étude, c’est important de considérer des autres aspects dans le problème d’optimisation pour accroître la fiabilité des solutions obtenues par l’algorithme. De plus, l’ajout de autres paramètres de conception tels que des paramètres géométriques et inertiels peut nous conduire à de nouvelles approches et de nouveaux résultats intéressants.

Place, publisher, year, edition, pages
2017. , p. 81
Series
TRITA-AVE, ISSN 1651-7660 ; 2017:65
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-228191OAI: oai:DiVA.org:kth-228191DiVA, id: diva2:1207002
External cooperation
Alstom Transportation
Examiners
Available from: 2018-05-18 Created: 2018-05-18 Last updated: 2018-05-18Bibliographically approved

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Rail Vehicles
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