联合风场作用下车桥系统风荷载数值分析

为确定车速和风速对高速铁路桥梁车桥系统风荷载的影响,以兰新第2双线铁路32m简支箱梁和CRH2型高速列车为对象,采用Star CCM+软件建立列车和桥梁的全尺寸模型,分别对列车风场和联合风场中的车桥系统进行模拟,分析车辆风荷载和桥梁风荷载随车速和风速的变化规律。结果表明:列车风场中,随着车速的增加,车辆的侧力逐渐增大,头车和尾车的升力逐渐减小,力矩逐渐增大,桥梁的侧力、升力和力矩逐渐增大,但数值均较小;联合风场中,随着车速的增加,头车的侧力和力矩逐渐增大,尾车的升力和力矩逐渐减小,桥梁风荷载与车速的相关性相对较弱;随着风速的增加,列车的侧力和力矩逐渐增大,头车的升力先增大后减小,尾车的升力先减小后增大,桥梁的侧力和力矩逐渐增加,升力先减小后增大。     

侧风对轿车气动特性影响的稳态和动态数值模拟对比研究

分别采用稳态方法和基于动网格技术的动态方法对侧风作用下的汽车外流场进行了3种情况的数值模拟,将3种模拟结果进行对比,同时将部分模拟结果与试验值进行了对比。结果表明合理选用数值模拟方案可获得较满意的计算结果;地面边界层对计算结果影响较大;稳态方法和动态方法的流场分布、阻力系数和升力系数以及较弱侧风条件下的侧向力系数有较好的一致性,强侧风条件下的侧向力系数则差别较大。     

基于滑模理论的高速车辆侧风稳定性控制研究

针对高速车辆侧风稳定性问题,搭建了汽车多体动力学(multi-body dynamics,MBD)和计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)双向耦合平台,并基于该平台设计了一种侧风稳定性控制系统.该系统的上层控制器基于滑模理论计算出侧风干扰下的高速车辆为维持稳定所需的附加横摆力矩...     

独立驱动电动汽车模型参考自适应稳定性控制

为提高四轮独立驱动电动车(EV)辆行驶中侧向稳定性和安全性,设计了一种基于模型参考自适应(MRAC)直接横摆力矩稳定性控制算法.上层控制器通过Lyapunov数设计并对系统轮胎侧偏刚度、车身质量参数进行实时估计以获得额外横摆力矩;下层控制器利用二次规划法优化所得力矩分配至各轮,以保证控制器动态响应的实时性.在双移线工况...     

独立轮驱动电动汽车驱动力分配策略仿真研究

为实现高速状态下驱动转向工况的车辆稳定性,采用层次化控制结构,上层控制器为运动控制器,计算总的纵向力和横摆力矩需求,其中计算横摆力矩采用滑模变结构控制方法;下层控制器为实现所需求的纵向力和横摆力矩,同时提高轮胎力利用率以增加横向操纵稳定裕度,并满足轮胎力极限、电机输出性能等约束条件,采用优化算法计算分配到各个车轮的驱动力。进行高速行驶汽车单移线仿真试验,验证本文提出的控制策略的性能。     

基于风洞试验与CFD分析的汽车前后轴气动升力计算的研究

本文中基于HD-2风洞耦合CFD分析,研究分别求取汽车前、后两轴气动升力系数的方法。首先进行HD-2风洞缩比模型测力试验,测得总的气动阻力和气动升力。接着通过力学分析,根据六分力力系平衡方程,推导出前后两轴升力系数计算公式,提出基于HD-2风洞耦合CFD分析的汽车前后轴气动升力系数求解流程;在此基础上,进行了基于LBM粒子法的外流场CFD数值仿真,再将仿真得到的气动阻力、升力和侧倾力矩代入系数计算公式,求得前后轴仿真计算升力系数,并与基于试验测得升力的计算结果进行对比。本研究为汽车车身造型优化提供了参考。     

上海长江大桥节段模型气动三分力试验

以主跨为730 m的钢主梁斜拉桥为对象,研究了栏杆、汽车等对汽车-钢主梁桥面系统的气动三分力系数的影响。进行了1∶60缩尺模型试验,开展了桥面无车状态、桥面有车状态和施工状态下的75个试验工况节段模型测力试验研究,并利用获得的三分力系数进行了全桥静风响应分析。结果表明:栏杆增加了主梁的阻力系数;桥面车辆的存在使车-桥系统的阻力系数降低,升力系数的绝对值变小,升力矩系数绝对值变小;3种状态中三分力系数越大,相应的侧向、竖向和扭转响应越大;随风攻角变化,栏杆、汽车对车-桥系统阻力、升力和升力矩的影响各不相同。     

钢桁梁桥上列车双车交会气动特性风洞试验

为探究横风作用下钢桁梁桥上列车双车交会过程中气动力系数的突变机理,以某一大跨度公铁两用钢桁梁桥为背景,首先根据XNJD-3风洞实验室的尺寸设计了一套移动车辆模型试验系统;然后根据风洞阻塞比的要求设计了几何缩尺比为1∶30的桥梁和车辆试验模型;最后测试了横风作用下桥上列车交会过程中移动车辆模型的气动力。为尽可能地降低试验系统对运动车辆气动力的干扰,对原始时程数据进行了低通滤波处理,并分析了车速、风速、合成风向角、车辆所在轨道位置等因素对车辆气动力系数的影响。试验结果表明：双车交会时,背风侧运动车辆的气动力系数具有明显的突变趋势,迎风侧运动车辆的气动力系数变化较为平稳;列车交会时突变区域主要受运动车辆引起的列车风速的影响,且随车速的增加而增大,横风风速对突变区域影响较小;交会过程中背风侧车辆升力系数和侧向力系数的突变量随合成风向角的增大呈增大趋势,力矩系数突变量对合成风向角的变化不敏感;横桥向列车所处轨道位置影响其气动力系数。试验结果可为研究横风作用下高速列车-桥上交会过程的行车安全提供数据支持。     

基于Nash博弈的分布式驱动电动汽车横摆稳定性协调控制策略

为提高轮毂电机驱动电动汽车在高速、低附着等危险工况下的侧向稳定性,提出一种基于Nash博弈的协同控制策略,采用上下双层控制结构进行稳定性控制策略的设计。上层引入Nash博弈协调控制策略决策前轮转角和附加横摆力矩,跟踪期望横摆角速度和质心侧偏角;下层根据轴荷比例分配四个车轮的驱动力矩。并在CarSim/Simulink的联合仿真平台进行危险工况下双移线仿真试验,结果表明,相比于只进行主动前轮转向控制,在潮湿沥青路面以75km/h行驶时,采用基于Nash博弈的协调控制策略横摆角速度最大误差为2.25°,侧向速度最大误差为0.12 m/s,且保持良好的路径跟踪性能;通过适当协调主动前轮转向（AFS）和直接横摆力矩控制（DYC）的动作,文章所提出的控制策略可以有效地提高横向稳定性,保证车辆在危险行驶工况下正常行驶。     

侧风状态下轿车气动特性数值模拟方法的研究

采用3种不同方法,利用计算流体力学软件FLUENT对侧风状态下轿车的气动特性进行了数值模拟,得到了不同侧风状态下轿车气动阻力系数和侧力系数随横摆角而变化的曲线。讨论了不同方法的优缺点并将模拟结果与风洞实验进行对比,结果表明采用合适的数值模拟方法可省时省力地获得接近于实验的结果。     

基于轮胎合力计算与分配的车辆横向稳定性控制研究

鉴于轮胎合力计算与分配算法只适用于四轮独立制动/驱动和四轮独立转向车辆,以及路面附着系数对轮胎纵向合力和横摆力矩可实现范围的限制,提出一种对轮胎纵向合力和横摆力矩进行实时计算调整和动态分配的车辆横向稳定性控制策略。针对线性反馈计算的误差,采用离线数值优化和非线性规划方法实时确定轮胎纵向合力和横摆力矩的可实现范围,将计算的合力和力矩调整至可实现范围内并进行动态分配。设计滑移率和前轮侧偏角控制器使轮胎摩擦力跟踪各分力,在保证精度的同时避免对车辆后轮侧向力的估计。最后进行了仿真分析与基于LabVIEW PXI和veDYNA的驾驶员在环试验验证。结果表明,基于合力计算与分配的车辆横向稳定性控制可有效地提高车辆轨迹保持能力,改善低附着路面上车辆的稳定性,控制效果优于滑模变结构控制。     

轿车外流场车轮转动时侧风效应的数值模拟研究

为了研究侧风条件下车辆行驶对交通安全的影响。以某轿车1∶5模型为算例,采用了移动地面模拟轿车相对地面的运动和旋转壁面模拟车轮转动的方法,进行了侧风角分别为0、5、10、15°和30°及车轮转动和静止情况下的数值模拟。输出了车身附近和转动车轮附近的流线、纵向对称面和左方前轮的压力曲线和部分车身表面摩擦力分布情况。对比分析了各侧风状态下的侧向力系数变化情况。研究结果表明:随着侧风角的增大侧向力迅速增大;转动车轮条件下的气动阻力较低,计算精度较高,基本与试验情况吻合。     

轮胎力滞后对分布式驱动电动汽车瞬态响应的影响

分布式驱动电动汽车具有的电机直驱和工况响应快速的特点，会进一步激发轮胎瞬态特性。为了简要分析轮胎力滞后对分布式驱动电动汽车侧向、横摆瞬态响应的影响规律，进而优化其控制器模型，本文首先通过轮胎力学建模和高速轮胎试验台验证，得到轮胎力滞后的实用表达；其次，建立考虑轮胎侧-纵向力滞后的车辆动力学模型，通过频域、时域图分析，揭示轮胎力滞后对汽车横摆瞬态响应的影响规律；最后，通过Simulink仿真验证，将四个车轮互异&时变轮胎力滞后以状态空间形式写进控制器模型，可用于提高控制器模型的预测精度。     

侧风中前窗角度对汽车稳定性影响的数值模拟

侧风下汽车外流场中不同前车窗倾角下的气流流动分离规律,对汽车侧风中的稳定性有重要意义。该文建立了前车窗角度分别为20°、25°、30°、35°和40°的车身模型,使用CFD仿真软件--Star-ccm+进行数值计算,模拟了侧风为8 m/s,行驶速度为20 m/s时的车身外流场。结果表明:侧风中前车窗角度变化对汽车侧向力系数影响最大;前车窗角度为35°时,汽车的行驶稳定性最好,且随着前车窗角度的增大,车身底部气流在车尾的分离推迟,尾涡数量减少。对35°车身模型的剪切应力分析指出:对侧风背风侧A柱区及侧风迎风侧C柱区优化分析是进一步提高汽车侧风气动性能的研究方向。     

侧风下钢桁梁对移动高速列车气动特性影响的风洞试验

为探究侧风下钢桁梁结构内部移动高速列车的气动特性,采用研制的桥上移动列车风洞试验测试系统,对侧风下移动列车的气动力进行测试。以沪通长江大桥为工程背景,设计缩尺比为1∶30的钢桁梁和CRH3列车模型,试验系统采用伺服电机驱动,可以实现列车模型的双向加减速,试验模型最大运行速度为15m·s-1,有效采集时间为0.7s;列车模型气动力采用Mini40无线测力天平进行实时采集。采用该试验系统分别对静止列车模型和移动列车模型进行各级风速和车速下的气动力测试。结果表明:采用静止列车模型和移动列车模型模拟得到的列车模型气动力系数有所不同,其中侧向阻力系数和升力系数的差异较为明显;钢桁梁结构对移动列车具有明显的遮蔽效应,列车模型由无桥区进入有桥区时,列车各项气动力系数会发生明显减小,且变化值随着偏航角的增大而增大;对处于钢桁梁结构内部行驶的高速移动列车而言,列车行驶方向的不同会引起列车模型气动力系数的差异,这种差异会随着偏航角的增大而变得逐渐明显,当偏航角大于40°时,移动列车模型在前行方向的侧向阻力系数要小于其回行方向的侧向阻力系数;前行方向升力系数要明显大于回行方向升力系数;相比之下,力矩系数在不同行驶方向下的差异并不明显。     

紊流影响下车-桥系统气动力特性风洞试验

为了研究横风作用下紊流参数对车-桥系统气动力特性的影响，以典型32 m简支梁桥和CRH2列车头车为背景，首先根据阻塞比要求设计几何缩尺比为1：25的桥梁和列车测压试验模型；然后通过在风洞试验段入口处采用"格栅条"被动紊流发生装置，模拟一系列紊流风场；最后开展不同工况下车-桥组合风洞动态测压试验，测试列车和桥梁表面风压，并积分获得列车和桥梁气动力。基于此，分析了双线轨道不同位置下，顺风向紊流度、紊流积分尺度对列车表面风压和车-桥气动力分布的影响规律，并讨论了风攻角对车-桥气动力系数的影响。结果表明：列车表面平均风压系数随紊流度的增加而减小，紊流风场中列车和桥梁气动侧力（阻力）系数均小于均匀流场；紊流度对迎风侧轨道列车的影响更为显著，而对车头气动力特性影响较小，车身侧力（阻力）系数随紊流度增加而显著降低，升力系数和力矩系数随紊流度的变化规律并不显著；桥梁气动力系数对紊流度变化的敏感程度小于列车，其侧力（阻力）系数并非随紊流度的增大而单调减小，升力系数随紊流度增加而增大，力矩系数随紊流度的变化规律并不明显；车-桥气动力系数受紊流积分尺度的影响小于紊流度，桥梁侧力（阻力）系数受影响程度大于升力系数和力矩系数；列车位于背风侧轨道时，车-桥气动力系数随紊流积分尺度变化的敏感程度小于列车位于迎风侧轨道；风攻角和紊流参数对车-桥气动力特性的影响是相互独立的，且受列车路线布置方式影响不大。研究结果为紊流风场下的行车安全性提供了数据和资料。     

横风下π型断面大跨桥上汽车气动特性风洞试验

准确获得车-桥系统气动力是评估强风作用下桥上车辆运行安全性和舒适性的基本前提,为此必须考虑车辆与桥梁间存在的显著气动相互干扰。以山区大跨桥梁常见的π型断面主梁和集装箱货车为研究对象,设计并制作了1∶32几何缩尺比的桥梁和车辆刚性测压模型,通过风洞试验测试了典型车-桥组合工况下车辆表面的风压分布,分析了前、后车辆干扰作用、车辆横向距离和车道组合方式等对桥上汽车气动特性的影响,并进一步分析汽车表面的风压值分布,以探究汽车气动力系数变化的机理。研究结果表明:前、后车辆间的干扰、车辆横向距离的改变对汽车的侧向力系数、阻力系数和升力系数均有较大影响,但对汽车的力矩系数影响较小,且汽车的力矩系数具有一定的离散性;车道组合方式中测试车辆位置的改变对汽车气动特性的影响大于干扰车辆位置的改变对汽车气动特性的影响,且车辆组合方式的改变对汽车的力矩系数基本没有影响;受桥梁π型主梁断面的影响,汽车侧向力系数的变化趋势与Coleman规律下的变化趋势不同。     

横风下π型断面大跨桥上汽车气动特性风洞试验（双语出版）

准确获得车-桥系统气动力是评估强风作用下桥上车辆运行安全性和舒适性的基本前提，为此必须考虑车辆与桥梁间存在的显著气动相互干扰。以山区大跨桥梁常见的π型断面主梁和集装箱货车为研究对象，设计并制作了1：32几何缩尺比的桥梁和车辆刚性测压模型，通过风洞试验测试了典型车-桥组合工况下车辆表面的风压分布，分析了前、后车辆干扰作用、车辆横向距离和车道组合方式等对桥上汽车气动特性的影响，并进一步分析汽车表面的风压值分布，以探究汽车气动力系数变化的机理。研究结果表明：前、后车辆间的干扰、车辆横向距离的改变对汽车的侧向力系数、阻力系数和升力系数均有较大影响，但对汽车的力矩系数影响较小，且汽车的力矩系数具有一定的离散性；车道组合方式中测试车辆位置的改变对汽车气动特性的影响大于干扰车辆位置的改变对汽车气动特性的影响，且车辆组合方式的改变对汽车的力矩系数基本没有影响；受桥梁π型主梁断面的影响，汽车侧向力系数的变化趋势与Coleman规律下的变化趋势不同。     

汽车主动转向与直接横摆力矩协调控制

为了提高汽车的操纵稳定性和行驶稳定性,分别对主动转向及直接横摆力矩控制进行了研究。根据汽车线性二自由度模型获得汽车稳态工况下的期望横摆角速度和期望质心侧偏角,设计了上层控制器和下层控制器,其中上层控制器为主动转向与直接横摆力矩功能分配的协调控制,下层控制器采用单神经元自适应PID算法设计了主动转向控制器和直接横摆力矩控制器。基于汽车行驶稳定性指标设计了调度参数,以实现主动转向和直接横摆力矩的协调控制。分别选取高附着系数路面和低附着系数路面进行了正弦输入试验和阶跃输入试验,结果表明所设计的控制系统能够很好地提高线控转向汽车的操纵稳定性和行驶稳定性。     

基于RBF网络高速避让汽车操纵逆动力学研究

给出3自由度角输入避让转向驾驶员-汽车闭环模型,采用均匀设计方法安排汽车在高速下进行双移线避让试验,通过组合驾驶员模型中三个不同参数对闭环模型进行正解得到用于RBF网络的训练样本,建立汽车横摆角速度、侧向加速度及车身侧倾角与转向盘转角及角速度的映射关系。所建立的RBF网络能以汽车横摆角速度、侧向加速度及车身侧倾角共同识别转向盘转角及角速度,仿真结果表明该方法具有运算速度快、识别精度高等优点。