考虑空气力的车辆三自由度转向模型与状态方程

为了减小空气力的影响, 简化车辆多自由度转向动力学方程, 考虑了空气力的影响, 建立了车辆三自度转向运动的动力学模型。以质心侧偏角、横摆角、横摆角速度、侧倾角、侧倾角速度为状态变量, 以前轴转角及侧风作用力为输入, 以质心侧偏角、横摆角、横摆角速度、侧倾角为输出, 推导了车辆三自度转向运动的动力学模型的状态方程。以前轴主动转角脉冲为输入, 对状态方程的可信度进行了验证。与利用线性二自由度转向模型的仿真结果相比, 利用三自由度转向模型与其状态方程得到车辆质心侧偏角与横摆角速度的绝对值均较小, 在高速情况下, 空气力会增强车辆的不足转向特性。采用两种模型得到的车身侧向偏移均大于试验值, 但三自由度模型的仿真曲线非常接近试验曲线。可见, 三自由度状态方程可信度高。     

紧急制动工况下电磁式磁轨制动器极靴磨损计算方法

为了预测极靴服务寿命, 确保制动可靠, 通过磨损过程、制动过程、制动器/钢轨温度场的建模与仿真, 计算了高速列车紧急制动过程中电磁式磁轨制动器极靴磨损量; 建立了考虑速度与温度的Archard磨损模型和CRH2列车紧急制动过程的动力学模型, 计算了电磁式磁轨制动器样机全程参与制动时的空气制动力、电磁制动力、制动减速度、紧急制动能量分配系数、瞬时速度和制动距离等时变参数; 分析了紧急制动时电磁式磁轨制动器-钢轨-大气间的热量传递, 基于Fluent软件建立了制动器/钢轨的三维温度场模型, 根据制动过程时变参数获取温度场热流密度和散热加载条件; 针对CRH2列车行驶速度为250km·h^-1的紧急制动工况, 计算了制动器极靴的磨损量。计算结果表明: 在制动过程中, 钢轨顶部温度随着与制动器的接触状态变化呈波动变化, 在距离有效制动起点1 620m处, 钢轨与8号电磁式磁轨制动器接触结束时, 温度达到最大值570.76℃; CRH2列车同侧8个制动器极靴底部在制动时间为24.5s时温度达到最大值, 从前到后依次为1 022.6℃、1 037.7℃、1 045.3℃、1 052.8℃、1 085.7℃、1 100.9℃、1 109.2℃、1 124.4℃, 极靴磨损量从前到后依次为207.4、208.7、210.0、210.7、212.1、213.4、214.4、215.5g。可见, 制动器工作会使钢轨产生热量积累, 导致列车运行方向后面的电磁式磁轨制动器极靴温度较高, 磨损量较大。     

汽车侧倾运动安全主动悬架LQG控制器设计方法

为了提高汽车转向-侧倾运动的安全性, 设计了主动悬架侧倾运动安全LQG控制器; 建立了3自由度汽车转向-侧倾运动动力学模型, 选择横向载荷转移率、侧倾角及其加速度构建汽车侧倾安全综合性能评价指标; 为了解决现有设计方法无法跟踪系统干扰项(前轴转向角) 和控制加权矩阵行列式等于零带来的控制向量无法求解的难题, 将前轴转向角进行满足最小相位系统的微分变形, 并与原系统方程组成增广系统方程, 在综合性能评价指标中引入包含控制项的无穷小量, 以满足LQG控制器设计条件; 结合层次分析法和归一法, 以鱼钩工况为基础, 仿真获取汽车转向-侧倾运动统计数据, 进而确定LQG控制器的加权系数, 通过多工况数值仿真验证主动悬架侧倾运动安全LQG控制器的工作效果。仿真结果表明: 新设计的LQG控制器不干扰驾驶人的转向操纵; 与被动悬架相比, 在鱼钩工况、蛇形穿桩工况和双移线工况下, 采用LQG控制器的主动悬架可使汽车侧倾运动安全的主要评价指标即横向载荷转移率的方差分别降低了32.08%、32.82%、29.24%, 侧倾角的方差分别降低了47.74%、44.19%、63.41%, 侧倾角加速度的方差分别降低了87.30%、60.00%、86.39%, 说明采用新设计LQG控制器的主动悬架可大幅度改善汽车侧倾运动安全性, 且具有良好的转向工况适应性。     

无外界动力源主动悬架的能量可用性

将无外界动力源的主动悬架在半主动模式下吸收平均功率与在主动模式下消耗平均功率的绝对值比作为能量可用性的评价指标, 分析了优化PID与LQG控制主动悬架的性能与能量可用性。针对某重型汽车的1/4车主动悬架模型, 设计了PID与LQG控制器。当悬架阻尼比为0.1时, 以悬架二次型性能指标为目标函数, 利用遗传算法对PID控制器参数进行了优化。发现优化PID控制主动悬架的二次型性能指标较LQG控制主动悬架大3.32%, 优化PID与LQG控制主动悬架的能量可用性评价指标分别为17.15和226.33。分析结果表明: LQG控制主动悬架的性能略优于优化PID控制主动悬架; 2种主动悬架均满足能量可用性要求, 且LQG控制主动悬架的能量可用性远优于优化PID控制主动悬架。     

AMT车辆运行状态参数识别的新方法

针对在研究电控机械自动变速器（AMT）三参数换档规律中需要对车辆的运行状态参数进行精确识别的难题，本文提出了利用一个静态识别过程和一个动态识别过程对车辆质量、滚动阻力系数以及空气阻力系数进行实时地识别新方法，以及通过建立一个同胚映射对车辆行驶路面的坡度进行精确求解的办法。这些方法简便、实用，对提高电控机械自动变速器的性能有重要的意义。