高速列车跟驰运行控制策略与安全车距的互动演化

为实现高速列车的安全、高效、平稳运行,利用Petri网描述与分析了给定跟驰状态下高速列车控制策略与安全车距的互动演化机理,探讨了高速列车复杂跟驰形势下的安全车距计算问题,建立了能够反映高速列车控制策略的停车减速运行数学模型,提出了基于控制策略的安全车距计算方法,以满足高速列车当前跟驰状态下行为调整的安全性、高效性和平稳（舒适）性和有助于动态安全车距和控制策略的实时标定。在前车速度分别为250、300、350 km·h-1,后车速度为300 km·h-1三种跟驰状态下,计算了前后车分别采取不同的控制策略时应保持的安全车距。计算结果表明：随着前后车控制策略的变化,安全车距是不同的,对列车行为调整的平稳（舒适）性与跟驰效率的影响也存在差异;综合考虑安全、效率和列车行为调整的平稳（舒适）性,宜针对高速列车不同跟驰状态重新标定不同跟驰控制策略下的安全车距,并建立相应的数据库,作为列车运行和控制的依据。     

高速列车侧风安全域计算方法

使用参数传递、求解控制以及动态网格技术, 建立了侧风流体动力学模型和高速列车多体动力学模型, 通过对列车外流场和系统响应进行协同仿真, 获得不同侧风环境下列车的稳定姿态和气动载荷, 研究了列车运行的安全性指标, 分析了不同侧风环境下列车安全运行的临界速度, 确定了列车的侧风作用安全域。计算结果表明: 随着列车运行速度和侧风强度的增大, 轮重减载率、脱轨系数和轮轴横向力依次出现超限现象; 当列车运行速度小于300 km·h^-1时, 列车头车所有轮对均逆风向偏移; 当列车运行速度为300 km·h^-1且侧风风速为30 m·s^-1以及列车运行速度为350 km·h^-1且侧风风速不小于25 m·s^-1时, 一、二位轮对顺风偏移, 三、四位轮对逆风偏移; 列车运行速度越高, 抵抗侧风能力越低, 且列车临界速度对侧风强度的敏感性增大。     

山区圆曲线路段半挂汽车列车行驶安全性分析

根据山区圆曲线路段的特点, 分析了轮胎的受力和变形情况, 建立了半挂汽车列车与山区圆曲线路段的耦合动力学模型。以牵引车和半挂车的轮胎侧偏角和折叠角为指标, 运用提出的动力学仿真法分析了不同车速下圆曲线路段半径、超高、滑动附着系数对半挂汽车列车行驶安全性的影响, 并与运行速度法和理论极限速度法的计算结果进行对比。仿真结果表明: 当圆曲线半径为125m, 路面超高为2%, 滑动附着系数分别为0.20、0.35、0.50、0.80时, 运用动力学仿真法求得的临界安全车速分别为20、35、55、72km·h^-1, 运用运行速度法求得的临界安全车速均为50km·h^-1, 运用理论极限速度法求得的临界安全车速分别为18、20、25、30km·h^-1; 当圆曲线半径为250m, 滑动附着系数为0.35, 超高分别为0、2%、4%、6%时, 运用动力学仿真法求得的临界安全车速分别为35、38、25、20km·h^-1, 运用运行速度法求得的临界安全车速均为60km·h^-1, 运用理论极限速度法求得的临界安全车速分别为30、31、32、33km·h^-1; 当路面超高为6%, 滑动附着系数为0.50, 圆曲线半径分别为125、250、400、650m时, 运用动力学仿真法求得的临界安全车速分别为58、62、70、72km·h^-1, 运用运行速度法求得的临界安全车速分别为50、60、68、71km·h^-1, 运用理论极限速度法求得的临界安全车速分别为28、37、48、60km·h^-1。可见, 提出的动力学仿真法考虑了车辆悬架动力学特性、天气与路面条件, 可以准确描述半挂汽车列车的运行状态。     

横风下复线路堤高度对高速列车气动性能的影响

利用Creo软件建立了某型动车组头中尾3车编组和不同高度的路堤模型,通过Fluent软件模拟列车在车速分别为300和350 km·h^-1,横风风速分别为17.10、20.70、24.40和28.40 m·s^-1的环境下运行,将获取的高速列车气动力载荷施加到Simpack建立的动力学模型中,计算其动力学性能参数;深入分析了横风工况下高速列车在不同高度复线路堤背风侧运行时车体的压力分布、气流场结构、气动力与风致安全性,并重点探究了头车在不同运行速度和横风风速下的运行安全性。分析结果表明：在相同车速和横风环境下,随着路堤高度的增加,列车受到的侧向力整体呈增大趋势,尾车在横风作用下受到反向侧向力,头车所受侧向力最大,且升力持续增大,中间车所受升力相对较大,尾车所受阻力最大;横风环境下列车压力峰值点位于头车鼻尖处且向迎风侧偏移,各路堤高度工况下气流场结构基本相同,头车背风侧和底部转向架处有明显的涡流,但尾车处的涡流却在迎风侧,这可能是导致尾车反向侧向力的主因;脱轨系数、轮轴横向力、轮轨垂向力和轮重减载率均随路堤高度和横风风速的增大而增大,轮轨垂向力始终在安全限值内,当横风风速分别为24.40和28.40 m·s^-1时,列车运行速度应分别低于350和300 km·h^-1,以保证列车行车安全。     

基于小滚轮高频激励的高速列车齿轮箱箱体振动试验

为探究高速列车齿轮箱箱体振动特性和疲劳损伤, 应用小滚轮高频激励台架试验, 将滚轮表面加工成径跳量幅值为0.05 mm的13阶多边形, 可等效成20阶车轮多边形, 研究了某型齿轮箱箱体在不同垂向载荷与速度工况下的振动特性; 通过雨流计数法及Miner线性损伤法则, 分析了齿轮箱箱体单位时间应力累计损伤。研究结果表明: 受齿轮箱箱体共振影响, 不同垂向载荷与速度工况下, 高速列车运行速度为200 km·h^-1时, 齿轮箱箱体各测点的垂、横向加速度均方根值均为最小; 当垂向载荷为23 t时, 大部分测点的垂、横向加速度均方根值均为最大; 齿轮箱箱体存在573 Hz的局部固有频率被激发共振, 其原因是试验速度为100 km·h^-1时试验台发生共振, 以及试验速度为300 km·h^-1时, 受到20阶多边形车轮转频约580 Hz的主频激扰; 车轮初始速度从0加速到200 km·h^-1及从300 km·h^-1减速至0的速度等级之间时, 齿轮箱箱体各测点的单位时间应力累计损伤波动较大, 其余速度等级段各测点的单位时间应力累计损伤波动很小; 单位时间应力损伤最大值出现在大齿轮箱齿面观察孔, 为3.72×10^-10, 损伤最小值位于小齿轮箱轴承正上方, 仅为8.29×10^-18。可见, 箱体共振、试验台减速运行、速度等级对齿轮箱箱体振动加速度影响较大; 非共振、试验台不减速运行、相同速度等级下, 垂向载荷对单位时间应力累计损伤影响甚微。     

强降雨环境下高速列车空气动力学性能

为研究强降雨对高速列车空气动力学性能的影响, 利用Euler-Lagrange方法建立了强降雨环境下高速列车空气动力学计算模型; 空气建模为连续相, 采用Euler方法描述, 雨滴建模为离散相, 采用Lagrange方法描述, 并采用相间耦合方法对降雨环境进行模拟; 分别开展列车气动性能计算及雨滴降落仿真, 并与试验数据进行对比, 验证计算方法的准确性; 数值仿真了强降雨环境下高速列车的流场结构和气动特性。计算结果表明: 随着降雨强度的增加, 在雨滴的冲击作用下, 流线型头型前端区域的正压逐渐增大, 流线型头型后端区域的负压逐渐减小, 从而导致头车气动阻力增大; 降雨强度对高速列车头车气动阻力系数的影响较为显著, 而对气动升力系数的影响较小; 与无降雨环境相比, 当降雨强度为100~500 mm·h^-1时, 200 km·h^-1车速下的气动阻力系数增加0.004 0~0.020 4, 气动阻力增加85~432 N, 增大率为2.64%~13.46%;300 km·h^-1车速下的气动阻力系数增加0.002 7~0.013 7, 气动阻力增加129~652 N, 增大率为1.78%~9.05%;400 km·h^-1车速下的气动阻力系数增加0.002 3~0.009 8, 气动阻力增加195~829 N, 增大率为1.52%~6.49%, 因此, 不同车速下, 气动阻力系数随着降雨强度的增加而增大, 且与降雨强度近似呈线性关系; 当车速为300 km·h^-1, 降雨强度为100 mm·h^-1, 雨滴粒径由2 mm增加为4 mm时, 气动阻力系数由0.152 0增大到0.154 9, 气动阻力增加138 N, 增大率为1.91%, 因此, 高速列车气动阻力系数随着雨滴粒径的增加而增大, 且与雨滴粒径近似呈线性关系。     

基于遗传算法的列车运行能耗优化算法

研究了CBTC系统中列车控制模型和列车运行调整, 以降低能耗为目标, 对列车在区间的运行控制进行优化组合, 提出了基于遗传算法的能耗优化算法, 根据具体的线路条件, 计算了在不同的运行等级下或不同区间运行时分对应的列车运行速度曲线。以一段2 400m长, 具有典型节能坡设置, 且包含一段60km·h^-1区间限速的线路为例, 进行了能耗计算和优化仿真。研究结果表明: 优化之后速度曲线与其对应的运行等级2、3、4的速度曲线相比, 列车牵引能耗减少到原来的62%、58%、60%, 节能效果显著, 算法有效。     

高速条件下隧道出入口行驶速度特性

为明确山区隧道出入口区段的车辆运行特性和驾驶行为,揭示隧道洞口交通事故的发生机制,在高速公路和城市快速路各选择3座隧道,采集了小客车和货车在隧道出入口区段的断面速度,高速公路单个断面观测样本大于500 veh,快速路隧道单个断面样本大于1 100 veh,基于断面数据分析了车辆行驶速度的变化规律和影响因素,并建立了运行速度预测模型。分析结果表明：驾驶人临近隧道洞口时会减速,小客车速度降幅为12~21 km·h^-1,货车速度降幅为2~10 km·h^-1,货车速度降幅低于小客车;洞口位置小客车运行速度大于80 km·h^-1,货车运行速度大于70 km·h^-1;高速公路隧道出入口段的车速范围为75~110 km·h^-1,快速路隧道出入口段的车速范围为60~88 km·h^-1,高速公路隧道出入口段的车速普遍高于城市快速路隧道; 驾驶人进入隧道洞内适应环境之后会加速行驶,驶出隧道时有加速行为,但当隧道出口前方有小半径弯道和互通立交时,驾驶人会减速以适应前方的道路条件;隧道入口前100 m至洞口范围内的车辆减速度最大,货车减速度范围为0.23~0.58 m·s^-2,小客车减速度范围为0.47~ 0.70 m·s^-2;同一断面的速度观测值存在较强的离散性,表明车辆之间存在明显的纵向干涉,容易发生追尾事故。     

高速公路半幅封闭施工区限速标志效能试验

采用现场试验与统计分析, 研究了高速公路半幅封闭施工作业区交通标志尤其是限速标志的警示效能, 提出了分阶限速方案和交通标志效能试验方案, 选择典型路段开展了既有交通标志效能试验、限速标志位置试验、分阶限速效能试验和优化后交通标志效能试验。试验结果表明: 既有交通标志尤其是限速标志效能不足, 试验路段客货车经过限速标志后车速远高于限速值, 且速度降低幅度很小。通过分阶限速优化交通标志设置, 施工作业区车辆速度明显降低, 客车速度降低38km·h^-1, 货车速度降低32km·h^-1; 施工作业区客车运行速度与限速值的差值从60km·h^-1降低到15km·h^-1, 货车速差从40km·h^-1降低到5km·h^-1, 基本达到限速值, 整个交通流运行速度与限速值差值变化趋势一致。可见, 分阶限速优化后的交通标志效能提高明显。     

基于模糊推理的跟驰安全距离控制算法及实现

车辆跟驰是普遍存在的交通现象之一。由于驾驶员在控制车辆过程中具有模糊的、不确定性的行为特征, 难以对驾驶员的行为进行精确的数学描述, 此外, 为保证车辆行驶的安全, 有必要对车辆跟驰时如何保持安全距离进行研究。基于此, 提出基于模糊推理的车辆跟驰间距控制算法, 并对其进行了仿真运算。仿真结果表明, 用模糊推理模拟驾驶员的行为是可行的, 并且通过模糊推理控制后车的速度, 后车能够以安全距离跟随前车安全行驶     

侧风下高速列车车体与轮对的运行姿态

应用流体动力学理论, 建立了高速列车空气动力学模型, 计算了作用于高速列车车体上的气动力和气动力矩; 应用多体动力学理论, 建立了车辆系统动力学模型, 分析了在不同风向角、侧偏角与合成风速下高速列车头车车体和轮对的运行姿态。计算结果表明: 在不同侧风环境下, 头车车体始终向背风侧横摆和侧滚; 当风向角为90°时, 车体的横向位移和侧滚角最大; 当列车车速为350 km.h^-1, 侧风风速分别为13.8、32.6 m.s^-1时, 列车头车车体最大横向位移分别为74.2、171.7 mm, 最大侧滚角分别为3.1°和8.4°; 当列车车速为200 km.h^-1, 风速不小于32.6 m.s^-1, 且风向角为90°时, 列车头车一、二位轮对均向背风侧横移, 背风侧车轮易发生爬轨现象, 三、四位轮对均向迎风侧横移, 三位轮对迎风侧车轮易发生爬轨现象; 四位轮对的横移量和摇头角均小于前三位轮对, 相对安全。     

钢弹簧故障状态的车辆动力学性能

考虑了车辆导向轮对一侧轴箱钢簧出现失效的四种工况: 钢簧内外圈均断裂、外圈断裂、内圈断裂和钢簧“冻死”, 建立了钢簧失效工况下的车辆系统动力学模型, 分析了钢簧失效对车辆动力学性能的影响。仿真结果表明: 钢簧失效后, 轮对的平衡位置偏离轨道中心线, 全断裂工况下偏离最大, 约为3mm; 车辆的临界速度降低, 全断裂工况下降低最大, 约为30km·h^-1;失效弹簧所在轮对的轮载差变化较大, 全断裂工况下轮载差最大, 约为50kN; 转向架断裂弹簧处及其斜对角轴箱悬挂垂向力将减小, 另一对角处的轴箱悬挂垂向力将增大, 从而使转向架承受较大的扭曲载荷; 钢簧失效很容易使脱轨系数和轮重减载率等安全性指标超过限定值, 增加了车辆运行安全的隐患, 在直线上200~300km·h^-1速度范围内和曲线(半径为7 000m)上100~300km·h^-1速度范围内, 全断裂工况下的减载率都超过0.8;钢簧失效对车辆横向平稳性影响不大, 但钢簧“冻死”会使垂向平稳性变差, 相对于正常工况, 在300km·h^-1时增加约0.1。     

高速列车运行速度作用于线路运能的规律

应用准移动闭塞系统和移动闭塞系统数学模型计算了总车距、列车间隔时间和线路运能, 选取制动加速度分别为-0.63、-0.75、-0.85、-0.90m·s^-2进行了仿真试验, 分析了高速列车运行速度作用于线路运能的规律。分析结果表明: 安全车距与列车减速停车时的初始速度呈正比关系, 列车间隔时间和线路运能与安全车距、列车运行速度和初始参数取值密切相关; 列车间隔时间存在极小值, 线路运能存在极大值; 制动加速度越小, 列车间隔时间越小, 线路运能越大; 列车间隔时间可以控制在3min以内, 线路每天运能可以达到1 000列以上; 准移动闭塞系统的列车间隔时间大于移动闭塞系统, 线路运能低于移动闭塞系统; 考虑工程应用的可行性使得准移动闭塞系统与移动闭塞系统的线路运能差距进一步扩大。     

考虑多前车作用势的混行交通流车辆跟驰模型

基于自动驾驶车辆(AV)和常规人驾车辆(RV)混合行驶的情况,在全速度差(FVD)模型的基础上考虑了多前车和一辆后车的车头间距、速度、速度差、加速度差等因素,建立了适用于AV和RV 2种车辆的混行车辆跟驰模型;引入分子动力学理论定量化表达了周围车辆对主体车辆的影响程度;利用RV和AV混行场景跟车数据,以模型拟合精度最高为目标,对所有参数遍历寻优,进行标定;对比分析了混行车辆跟驰模型和FVD模型控制下交通流的稳定性,解析了车速对交通流稳定性的影响;设计了数值仿真试验,模拟了城市道路和高速公路2种常见场景,分析了混行车辆跟驰模型的拟合精度。研究结果表明：考虑周围多车信息有利于提高交通流的稳定性;车辆速度越低交通流稳定性越差;考虑多车信息的分子动力学混行车辆跟驰模型可以提前获得整个车队的运行趋势,更好地模拟AV的动力学特征;与FVD模型相比,在城市道路条件下混行车辆跟驰模型中的RV平均最大误差与平均误差分别减小了0.18 m·s^-1和13.12%,拟合精度提高了4.47%;与PATH实验室的ACC模型相比,在高速公路条件下混行车辆跟驰模型中的AV平均最大误差和平均误差分别减小了7.78%和26.79%,拟合精度提高了1.21%。可见,该模型可用于混行环境下AV的跟驰控制与队列控制,以及AV和RV的跟驰仿真。     

高速列车车轮偏心磨耗的形成机理与发展规律

为了研究高速列车车轮偏心磨耗的形成机理,根据现场测试和多体动力学仿真结果,建立了高速列车车轮-钢轨系统有限元模型,采用瞬时动态仿真分析了车轮残余静不平衡对轮轨法向接触力的影响;对最高速度为250 km·h^-1动车组列车的运营速度进行现场测试,计算了列车匀速运行区间的平均速度;基于摩擦功周期性波动引起轮轨非均匀磨耗的观点,分析了车轮残余静不平衡量对轮轨接触力的影响,研究了车轮偏心磨耗的成因;通过改变轮轨有限元模型中车轮辐板上特定区域的材料密度来模拟残余静不平衡量,研究了偏心磨耗与残余静不平衡量大小的关系;通过重新编译有限元模型节点坐标来模拟偏心磨耗后车轮踏面的真实轮廓,研究了车轮偏心磨耗的发展规律。仿真结果表明：当高速列车以237 km·h^-1的速度匀速运行时,车轮残余静不平衡会引起轮轨系统发生约24 Hz的振动,导致轮轨法向接触力周期性变化,引起车轮踏面发生1阶非圆磨耗,即车轮偏心磨耗;随着磨耗的不断加深,轮轨系统约48、72 Hz的振动被激励,引起2、3阶车轮多边形磨耗;当磨耗后的车轮踏面最大径跳大于0.15 mm时,在0~150 Hz的频率范围内,72 Hz的振动强度最大,导致车轮3阶多边形磨耗迅速增加;降低车轮残余静不平衡量可减缓1阶非圆车轮的形成。     

多前车影响的智能网联车辆纵向控制模型

为了更好地模拟智能网联车辆(CAV)的跟驰特性, 在纵向控制模型(LCM)的基础上考虑V2V环境下多辆前车速度和加速度的影响, 构建了智能网联环境下的纵向控制模型(C-LCM); 对LCM和C-LCM进行稳定性分析, 比较了2个模型的交通流稳定域, 确定了不同通信距离时C-LCM对交通流稳定域的影响; 设计数值仿真试验对加速和减速的常见交通场景进行模拟, 分析了在V2V通信条件下CAV的跟驰行为特征; 仿真分析了CAV不同通信距离以及不同渗透率影响下的交通流安全水平; 构建了包含不同CAV渗透率的混合交通流基本图模型。研究结果表明: 交通流稳定域随着考虑前车数量的增多而增大, 当只考虑1辆前车时, 前车与本车的间隔越远, 车辆速度系数对C-LCM稳定域的影响越大; C-LCM可以提前对多前车的行为做出反应, 更好地模拟CAV的动力学特征, 在减速情景中速度超调量从0.15减少为0.08, 最大速度延迟时间由7.5 s缩短为4.9 s, 在加速情景中速度超调量从0.07减少为0.04, 最小速度延迟时间由3.5 s缩短为2.6 s; 随着CAV渗透率的提升, 交通流的安全水平不断提升, 当通信范围内有4辆CAV时, 交通流的安全性能达到最高, 其TIT和TET指标的最大减少量分别为57.22%和59.08%;随着CAV渗透率的提升, 道路通行能力从1 281 veh·h^-1提升为3 204 veh·h^-1。可见, 提出的C-LCM可以刻画不同车辆的跟驰特点, 实现混合交通流建模, 并降低混合交通流的复杂性, 为智能网联车辆对交通流的影响分析提供参考。     

高速列车运行时不同转向架区噪声特性

以中国某型高速列车为研究对象, 针对高速列车运行时主要噪声来源之一的转向架区噪声开展试验研究, 掌握其噪声特性和规律, 研究了不同类型和位置的转向架区噪声特性, 预测了不同速度下转向架区噪声水平和频谱特性; 基于一定的假设, 采用测试数据类比法对车头转向架区噪声成分进行分离。研究结果表明: 列车在200~350 km·h^-1速度范围内运行时, 车辆主要噪声源集中在转向架区; 转向架区噪声表现为车头转向架区噪声大于车尾转向架噪声, 200 km·h^-1运行时车头转向架区噪声大于车尾转向架区噪声约3 dB(A), 主要原因为在车头转向架处气流冲击导致的气动噪声大于车尾转向架处涡流导致的气动噪声; 中间动车转向架区噪声大于中间拖车转向架区噪声, 200 km·h^-1运行时中间动车转向架区噪声大于中间拖车转向架区噪声约5 dB(A), 主要原因为相比于中间拖车转向架区噪声, 中间动车转向架区增加了牵引系统噪声; 随着运行速度的提高, 转向架区噪声在全频段内显著提高, 噪声峰值频率也会增大, 主要原因为车轮滚动噪声所致, 速度越大, 其轨枕冲击频率越高; 中间拖车转向架区噪声随速度增长的3次方关系符合轮轨噪声随速度的增长趋势, 对于车头转向架区噪声来说, 气动噪声成分更加显著, 并且随着运行速度的提高, 气动噪声所占比重呈增加的趋势。     

环境风对高速铁路接触线波动速度的影响

基于空气动力学理论分别推导了作用在接触线上的空气阻尼和脉动风气动载荷, 并将空气动力项添加至接触线波动速度公式中进行修正; 通过风洞试验和CFD绕流仿真得到了横风环境下的气动阻力系数, 分析了不同空气阻尼下接触线波动速度的变化规律; 基于AR模型和接触网的结构特性, 建立了具有时间和空间相关性的接触网脉动风场, 通过仿真计算分析了脉动风速和风攻角对接触线波动速度的影响。研究结果表明: 静风载荷引起的接触线空气阻尼很小, 当平均风速达到30 m·s^-1时, 接触线空气阻尼仅为0.3, 接触线波动速度为549.1 km·h^-1左右, 因此, 空气阻尼不会对接触线波动速度产生较大影响; 当来流风攻角为60°, 平均风速不大于10 m·s^-1时, 脉动风下接触线波动速度标准差和最值差分别小于1和6 km·h^-1, 此时接触线波动速度相对无风情况变化较小, 脉动风载荷对接触线波动速度的影响不明显; 当风速达到40 m·s^-1时, 接触线平均波动速度较无风情况下降39.39 km·h^-1, 且其标准差和最值差分别达到11.84和75.98 km·h^-1, 此时接触线波动速度出现大幅下降与振荡, 最小波动速度低至474.16 km·h^-1, 因此, 脉动风下风速越大, 接触线波动速度受脉动风载荷影响越显著; 当风速保持30 m·s^-1, 来流风攻角为0°~30°时, 接触线波动速度标准差和最值差分别小于1和5 km·h^-1, 此时脉动风载荷对接触线波动速度的影响较小; 当风攻角为90°时, 接触线波动速度标准差和最值差分别达到12.38和73.19 km·h^-1, 此时接触线波动速度出现大幅下降与振荡, 最小波动速度低至472.91 km·h^-1, 因此, 脉动风下来流风越偏于水平方向, 对接触线波动速度的影响越小。     

湿滑道面飞机轮胎临界滑水速度数值仿真

采用ABAQUS建立了基于CEL算法的飞机轮胎与积水道面流固耦合分析模型, 推导了轮胎接触面动水压强与道面竖向支撑力表达式, 对比了飞机起飞与着陆过程中的滑行状态, 提出了临界滑水速度的上下限解概念, 校核了轮胎模型静态变形与动态滑水特征, 研究了胎压、胎纹与水膜厚度的影响规律, 分析了轮胎接地面积与动水压强分布。仿真结果表明: 在76.6kN轴载作用下, 轮胎模型接地面积为0.076m2, 轮胎中心竖向变形约为3.27cm, 轮胎临界滑水速度为128.5~222.4km·h^-1, 与NASA轮胎滑水试验数据一致, 验证了仿真模型的合理性和适用性; 在胎压为1 140kPa时, 减速冲击条件下飞机轮胎临界滑水速度为163km·h^-1, 小于加速冲击时的上限226km·h^-1, 轮胎接地面积明显减小, 道面支撑力低于机轮轴载的10%;在450~1 109kPa胎压范围内, 减速冲击时临界滑水速度下限较NASA经验公式计算结果更为保守, 两者相差30⁷0km·h^-1; 轮胎纵向沟槽排水可降低轮胎前缘动水压强峰值, 增大轮胎接地面积, 减速冲击时带纹轮胎临界滑水速度较光滑轮胎提高了26.9%~28.8%, 增幅约为加速冲击时的2倍; 当道面水膜厚度由3mm增加至13mm时, 胎压为1 140kPa的飞机轮胎临界滑水速度上下限分别降低了85km·h^-1和43km·h^-1; 在低胎压、厚水膜与减速冲击条件下, 临界滑水速度下限仅为127km·h^-1, 低于常见飞机进近接地速度205~250km·h^-1, 因此, 滑水事故风险增加。     

现代无轨列车横摆稳定控制策略

为改善现代无轨列车车体横摆稳定性和路径跟踪性能较差的问题,基于拉格朗日方程建立车辆动力学模型,分析了液压杆刚度对车辆转向性能的影响;为解决方程中含有未知约束力,导致其定量关系无法求解的问题,以横摆角速度误差和轨迹跟踪误差为优化目标,采用遗传算法离线优化了刚度参数,并利用函数插值方法在线预测,得到了不同车速、不同前轮转角下的最优液压杆刚度;为提高车辆轨迹跟踪性能,将横摆角速度跟踪误差与轨迹跟踪误差作为评价车辆横摆稳定性的标准,定义了车辆行驶过程中各个轴的侧向误差与航向角误差,基于滑模控制(SMC)算法设计了车辆横摆运动控制器,计算了期望横摆角速度,并进行了稳定性证明和稳态误差分析;由比例积分(PI)控制器计算分配到各个驱动轴的车体横摆力矩,并在U型弯路径上进行了仿真与试验。研究结果表明：车辆稳态转向时,液压杆刚度与车速、前轮转角直接相关,且在任何情况下,连接模块前部液压杆刚度一定大于后部液压杆刚度,车速在22 km·h^-1左右时最优液压杆刚度最小;车速大于22 km·h^-1时,速度越大,最优液压杆刚度越大,且前部液压杆刚度变化率明显大于后部;车速小于22 km·h^-1时,速度越小,最优液压杆刚度越大;直线路段上车轴侧向误差小于0.03 m,航向角误差小于0.03 rad;弯道路段上车轴侧向误差小于0.06 m,航向角误差小于0.06 rad;行驶过程中,车体横摆角速度可以快速跟踪给定值,车辆的行驶稳定性得到了提高,验证了控制策略的有效性。