重型车辆与路面耦合作用的仿真分析研究

针对车-路系统以及车-路耦合作用的特点,运用ADAMS动力学仿真软件,建立了某重型车的多自由度仿真模型,并利用ADAMS对模型进行了仿真计算,分析了车辆以不同载重量、不同速度行驶于不同等级路面时,车辆对路面的动载荷作用。结果表明：车-路耦合产生的动载作用受路面工况的影响较大,随着路面等级的降低,车辆对路面的动载荷有着显著的增大;在车辆正常行驶速度范围内,车辆对路面的动载荷也随着车速的增加而增大;而在相同条件下。满载车辆较空载车辆对路面的动载荷要大很多,即满载对路面的破坏作用更为显著。     

轴重与胎压对半刚性基层沥青路面动力响应影响理论研究

采用多目标参数评价方法,分析了车辆轴重和胎压对路面结构动力响应的影响,建立移动荷载下粘弹性层状体系动力学模型。结果发现,路面结构动力响应随着轴重和胎压的增加而增加,轴重和胎压对路面结构的动力响应具有耦合性。0.7 MPa胎压下,轴重达到250 kN时,面层底部弯拉应变和土基顶部竖向压应变均小于永久性路面结构设计指标,可作为校核指标;面层底部水平剪应变远大于层底弯拉应变,可作为半刚性基层沥青路面动态设计的主要设计指标。因此,提高面层与基层之间的粘结强度是提高半刚性基层沥青路面结构使用寿命的关键。     

胎压对半刚性沥青路面实测动应变的影响

依托现场试验路开展车辆加载试验,通过预先埋设面层底部应变传感器,研究在不同胎压的工况下半刚性基层沥青路面的实测动态应变响应规律。研究结果表明:当轴重一定时,车轮胎压增加,胎面接地面积减小,静载模式下的平均接地应力增大;当车辆超载运行时,车胎超压所产生的应变响应明显大于常压工况;在车轮动态荷载作用下,超压胎压对面层底部应变的影响作用明显大于静态荷载。     

路面不平度对低路堤动应力的影响研究

基于正弦函数变化的路面不平度和两自由度的四分之一车辆模型,推导出车辆随机动荷载计算公式,研究路面不平度对车辆荷载作用下低路堤动力响应的影响规律。建立车-路耦合三维动力有限元模型,计算分析6种工况下不同路面不平度时车辆随机动荷载作用下低路堤的动应力,得出低路堤动应力均随路面不平度值的增加而增大,且与车辆附加动荷载系数m近似为线性关系;提出不同路面不平度时车辆随机动荷载作用下低路堤动应力计算模型,并对比有限元模型得到的低路堤动应力与应力计算模型得到的低路堤动应力。     

车辆载重对沥青混凝土路面结构影响的研究

针对车辆荷载在路面结构破坏中的重要性,通过三维有限元分析与现场试验,对不同载重车辆通过条件下沥青混凝土路面结构的动态响应（动应变、动应力）规律进行了研究。研究表明：车辆载重对路面结构的影响是显著的;空载车虽然会有额外的动荷载产生,但它对路面结构产生的影响仍然小于满载车;随着载重的增加,沥青面层的垂直动应力和底基层与路基结合部的水平动应力都显著增加;随着深度的增加,车辆行驶产生的垂直动应力对路面的影响迅速减弱。     

车辆轮轴竖向振动时域特征试验研究

为了研究车辆动荷载时域特征,现场实测高、低等级两种道路的路面平整度指标,利用自主研发的车辆轮轴动荷载测量仪进行现场试验,测试重型货车和小型货车在不同速度下的轮轴竖向振动加速度,并对振动加速度标准差进行分析。结果表明,车辆轮轴振动加速度标准差随着速度的增加而增加,小型货车的振动加速度标准差小于大型货车;车辆装载质量对轮轴振动加速度的影响较大;平整度对车辆振动加速度有一定影响,车辆空载时影响较小,满载时影响较大。     

基于整车模型的车-路耦合作用仿真分析

为研究车‐路系统耦合作用下汽车行驶平顺性,运用车辆动力学仿真软件CarSim建立整车模型,并采用傅里叶逆变换法对 GB7031中规定的A~D级路面进行数值仿真与验证,分析了车辆以不同速度行驶在不同等级路面上的加速度和车轮法向动载系数。结果表明:①随着路面等级的降低和车辆行驶速度的提高,车身加速度显著增大,由50 km/h、A级路面上的0.2599 m/s2变化为120 km/h、D级路面上的1.6889m/s2,增加了5.5倍,车辆行驶平顺性下降;②车‐路耦合产生的动载作用受路面工况和车速的影响也较大,由50 km/h、A级路面上的0.0833变化为120 km/h、D级路面上的0.7754,增大8.3倍。路面等级越低,车速越高,动载系数越大,对路面的破坏作用越严重。      

重载沥青路面荷载图式研究

现场调查货车的轴重及胎压分布,发现两者之间存在一定的对应关系。改变轴重和胎压,用轮胎上涂油漆的方法测试了轮迹,发现轮迹由一个矩形加端部的两个小圆弧组成,轮胎接地压强和接地面积均随轴载的增加而增加,荷载中心距保持不变。结合轮迹测试以及轴重和胎压的现场调查,得到我国重载车辆轮迹各几何尺寸以及平均轮胎接地压强与轴重的对应关系。根据轴重与胎压的对应关系确定两者的合理组合,用压力传感器法测试了移动车辆的轮胎接地压力分布,发现在全轮迹范围内基本属于均匀分布。最后,根据测得的重载车辆轮迹及轮胎接地压力分布,得到了重载车辆荷载作用图式。     

动载作用下半刚性路面垂直动力响应三维有限元模拟

针对交通动荷载引起半刚性路面结构的破坏问题,采用正弦波动荷载加载,利用三维有限元数值法对动载作用下路面各结构层垂直动位移和垂直动应力分布规律进行了模拟。分析结果表明,有限元法能够很好地模拟车辆通过时半刚性路面各结构层竖向动位移和动应力分布规律,其结论可以用来指导工程设计。     

多自由度双轴车辆模型在波形路面上的动力分析

为了分析车辆以不同速度和不同载质量行驶于不同波长、振幅和坡度的波形路面时,车辆对路面的动载荷作用,根据綦万高速公路路面平整度的实测结果,得到描述波形路面的参数即波长和振幅,编制路面文件,在ADAMS中模拟波形路面,并以现有某红岩重型卡车为研究对象,利用ADAMS多体动力学分析软件建模仿真,建立其车架、悬架和驾驶室等的多体动力学模型,对整车模型进行仿真计算,揭示了车辆动载与路面不平度之间的关系,提出了降低车轮动载荷的方法。     

轴载、轮胎内压与轴载换算的研究

通过不同路面强度状态、不同轴载和不同轮胎压力下轮胎与路面接触压力和弯沉的测定,对以弯沉为指标的轴载公式的理论推导过程进行分析和试验验证,对轴载换算公式推导过程中存在的问题进行讨论。试验验证结果表明,轴载的增加对路面结构造成的损坏比轮胎压力的增加要严重的多。     

广东地区交通轴载状况调查及其对路面车辙的影响分析

重载或超载作用是影响沥青混凝土路面车辙的关键因素之一.通过对广东省5条具代表性高速公路的货车轴载调查,得出了该地区不同轴载类型的轴载谱及轮胎接地压强谱.结合调查结果,针对广东沥青混凝土路面车辙病害形式,对重载作用下沥青混凝土面层结构内不同位置、不同深度处的剪应力和压应力进行了理论计算分析,探讨了超载对沥青混凝土路面结构...     

基于轴载谱的公路货运运力结构预测研究

针对传统数据采集和研究模式中的不足,论文提出了基于车辆轴型分类的车辆轴载谱来分析高等级公路车流轴载、公路货运车辆运营成本和超限严格管制下公路货运运力结构预测的新方法,其基本思路为按轴型和车辆载重状态划分车型、开展轴载和交通量调查、计算不同车型的轴载谱、对各车型各轴型的轴载谱进行Gauss曲线拟合、再根据拟合函数进行车辆轴载、运营成本和运力结构的计算,文中还结合世行安徽公路项目II(超载运输课题研究)进行了实际应用。     

车辆-模数式伸缩缝耦合振动与冲击荷载分析

为研究导致伸缩缝及其相邻路面损坏的车轮冲击荷载,以桥梁工程中常用的模数式伸缩缝为例,提出一种车辆-桥梁-模数式伸缩缝耦合振动的分析方法。该方法通过分布式弹簧阻尼单元模拟车轮在伸缩缝上的脱空情况;采用等效悬臂或两侧支撑梁模型,考虑脱空段轮胎面的支撑作用,通过车辆-桥梁-伸缩缝耦合振动的迭代算法,实现模数式伸缩缝上的车轮动力荷载的准确模拟,并对载重汽车通过双缝模数式伸缩缝进行实例分析。研究结果表明：①由于伸缩缝结构和车轮位置的变动,很难保证车辆振动的对称性,因此需要采用三维有限元方法分析车轮冲击荷载;②伸缩缝空隙处轮胎面的支撑有助于减小车轮冲击荷载,该支撑刚度与胎面预拉应力密切相关,胎面预拉应力越大,支撑刚度越大,轮载冲击系数越小;③车辆不对称振动导致左右轮冲击系数不同,模数式伸缩缝的中梁跨中冲击系数最大;④模数式伸缩缝上的轮载冲击系数计算值可能超过中国伸缩缝设计指南规定值,该方法可用于确定模数式伸缩缝的最大容许间隙,使车轮冲击荷载小于设计值,以保障伸缩缝的安全服役。     

高等级公路车流轴载模型研究

为解决交通流当量轴次的计算问题,在分析交通流构成和分布的基础上,利用轴载谱、轴载分布函数、单车当量轴次、车流当量轴次等一系列概念,提出了一套完整可行的公路运输车辆车流轴载计算方法并建立了车流轴载模型。在世行安徽公路项目II———超载运输研究课题中,利用该模型解决了如何使用车辆称重数据资料计算交通流当量轴次的问题。     

动载荷作用下客车轮胎侧偏刚度的估算

侧偏刚度是决定操纵稳定性的重要参数。从轮胎模型和运动分析、整车运动和受力分析两方面介绍了客车动力学模型。探讨了如何估算动载荷作用下客车的侧偏刚度,并以国产SX6120A型豪华大客车为例,仿真得到了轮胎的侧偏刚度。     

基于柔性模型的多轴汽车平顺性的仿真研究

基于弹性梁弯曲振动理论和模态分析法建立了多轴汽车平顺性分析的柔性模型。按照汽车行驶平顺性评价方法，运用建立的柔性模型，分析了车速、路面等级、悬挂质量的分布、车架刚度以及悬架系统的刚度和阻尼对多轴汽车平顺性的影响。分析结果表明：悬挂质量的弯曲振动是影响多轴汽车行驶平顺性的一个不可忽略的重要因素；常用的刚体模型不能准确地描述多轴汽车的平顺性，不适合用于多轴汽车平顺性的分析。     

Enhancing grey prediction fuzzy controller for active suspension systems

A grey prediction fuzzy controller (GPFC) was proposed to control an active suspension system and evaluate its control performance. The GPFC employed the grey prediction algorithm to predict the position output error of the sprung mass and the error change as input variables of the traditional fuzzy controller (TFC) in controlling the suspension system to suppress the vibration and the acceleration amplitudes of the sprung mass for improving the ride comfort of the TFC used; however, the TFC or GPFC was employed to control the suspension system, resulting in a large tire deflection so that the road-holding ability in the vehicle becomes worse than with the original passive control strategy. To overcome the problem, this work developed an enhancing grey prediction fuzzy controller (EGPFC) that not only had the original GPFC property but also introduced the tire dynamic effect into the controller design, also using the grey prediction algorithm to predict the next tire deflection error and the error change as input variables of another TFC, to control the suspension system for enhancing the road-holding capability of the vehicle. The EGPFC has better control performances in suppressing the vibration and the acceleration amplitudes of the sprung mass to improve the ride quality and in reducing the tire deflection to enhance the road-holding ability of the vehicle, than both TFC and GPFC, as confirmed by experimental results.     

Enhancing grey prediction fuzzy controller for active suspension systems

A grey prediction fuzzy controller (GPFC) was proposed to control an active suspension system and evaluate its control performance. The GPFC employed the grey prediction algorithm to predict the position output error of the sprung mass and the error change as input variables of the traditional fuzzy controller (TFC) in controlling the suspension system to suppress the vibration and the acceleration amplitudes of the sprung mass for improving the ride comfort of the TFC used; however, the TFC or GPFC was employed to control the suspension system, resulting in a large tire deflection so that the road-holding ability in the vehicle becomes worse than with the original passive control strategy. To overcome the problem, this work developed an enhancing grey prediction fuzzy controller (EGPFC) that not only had the original GPFC property but also introduced the tire dynamic effect into the controller design, also using the grey prediction algorithm to predict the next tire deflection error and the error change as input variables of another TFC, to control the suspension system for enhancing the road-holding capability of the vehicle. The EGPFC has better control performances in suppressing the vibration and the acceleration amplitudes of the sprung mass to improve the ride quality and in reducing the tire deflection to enhance the road-holding ability of the vehicle, than both TFC and GPFC, as confirmed by experimental results.