重型汽车轮胎径向刚度实验研究

为研究重型汽车轮胎径向刚度的非线性特性,选取全钢丝10.00R20子午轮胎分别进行静态和动态实验。实验测试结果表明:轮胎静态径向刚度与轮胎变形量、充气压力之间存在非线性关系;动态径向刚度与轮胎变形量、充气压力和振动频率之间也存在非线性关系;且不同激振频率下轮胎所表现出的迟滞特性有所不同。基于实验数据分别建立了轮胎静态和动态径向刚度的非线性模型,可以反映轮胎变形量、充气压力、振动频率等因素对重型汽车轮胎径向刚度非线性特性的影响,该模型可进一步用于轮胎力学和车辆系统动力学的研究。     

载重子午线轮胎稳态滚动有限元分析

以ABAQUS软件为平台,建立了子午线轮胎稳态滚动分析的三维有限元模型。在有限元模型中充分考虑到轮胎材料、结构的复杂性,轮胎与轮辋过盈配合,轮胎与地面的摩擦等状况,对轮胎在标准气压、额定载荷下的不同滚动状态进行了模拟。分析了不同工况下轮胎接地面的法向应力、摩擦应力和带束层帘线应力分布等滚动特性,为轮胎的结构设计、振动与噪声分析提供了依据。     

工程车辆翻新轮胎各层应力数值模拟分析

为了深入了解工程翻新轮胎在使用中出现的胎面磨损加剧、崩花掉块、胎面脱层、被压爆、刺爆的失效形式,构建了工程车辆翻新轮胎计算机几何模型、与地面接触模型、有限元模型,数值模拟分析了胎面层、缓冲层、带束层、胎体层、胎侧层、趾口胶层等各层的应力及剪应力分布状况,获得了如下主要结论:工程翻新轮胎的带束层所受应力最大,胎体层次之,带束层与胎体层应力分布规律相近,胎面层和缓冲层所受应力相对较小;带束层所受剪切应力最大,其次为胎体层,缓冲层的剪切应力较胎面层稍大,而缓冲层剪切力与带束层剪切力相差较大,二者存在较大梯度。研究成果可为工程翻新轮胎的结构设计、使用性能及动力性能、失效机理分析提供理论指导。     

应用无迹卡尔曼滤波算法的车辆侧倾稳定性控制

考虑轮胎的非线性,建立了9自由度动力学车辆模型,并在Matlab/Simulink中建立了仿真模型。针对车身侧倾角及其角速度难以测量的问题,以侧向加速度、4个车轮的垂直加速度、4个轮胎的变形、4个悬架动挠度和横摆角速度等14个状态量作为量测变量,运用无迹卡尔曼滤波算法,设计了基于车辆动力学模型及运动学关系相结合的车身侧倾角及其角速度观测器。仿真结果表明:车身侧倾角及其角速度的理论值和估计值较为吻合。针对车辆转向侧倾过大的问题,基于滑模变结构控制理论和车身侧倾角及其角速度估计值,设计了主动侧倾控制器,并在Matlab/Simulink中进行了仿真。仿真结果验证了主动侧倾控制器的有效性。     

三维轮胎与路面相互作用研究

基于轮胎和路面的接触研究现状,大多研究者都将轮胎与路面接触形式简化为点接触或者线接触形式。在重构三维路面谱的基础上,构建了三维轮胎和路面接触模型,为确定轮胎的接地面积,利用自主研发的压力作动器系统,在多次试验的基础上,得到标准载荷,标准胎压下的轮胎接地面积。然后,把轮胎与路面的面接触模型看作有限多个点接触的模型,每个点的刚度相同,分别采用重构三维路面谱的多点接触和任一剖面二维曲线对路面随机激励下的车路耦合系统进行了计算。最后,将点接触模型和三维面接触模型在随机路面和减速带路面工况下的垂向动力学响应进行仿真对比分析,发现所建立模型的车体响应要比点接触模型的响应小。     

轮胎侧偏非稳态特性测量方法研究

通过建立大地坐标系与轮胎相对坐标系分析了轮胎在小侧偏角输入下的非稳态特性,引入轮胎侧向松弛长度的概念,结合理论分析和试验台及轮胎模型坐标系的关系对轮胎侧向松弛长度的几种测量方法进行了逐一分析研究,通过与理论刚度测量方法进行比较,验证提出的轮胎松弛长度测量方法的准确性。     

大客车侧翻稳定性分析及防侧翻鲁棒控制

为在大客车不发生侧翻前提下改善客车的操纵稳定性,进行了大客车侧翻稳定性建模分析及主动防侧翻控制研究。考虑乘客变化造成的簧载质量和重心位置变化,以及非簧载质量对大客车侧翻性能的影响,建立线性四自由度大客车侧翻模型。根据汽车侧翻运动规律提出客观评价大客车侧翻稳定性的侧翻因子。在保证大客车不侧翻的约束下,选取防侧翻控制系统鲁棒性及侧倾过程乘客舒适性为博弈双方,设计基于博弈优化的主动防侧翻鲁棒控制策略。通过典型工况侧翻实例分析大客车侧翻稳定性和侧倾时操纵稳定性,以及当前轮转角干扰和乘客数量变化引起参数扰动时的主动防侧翻控制系统的鲁棒性。为降低实车验证的危险性,应用Trucksim软件进行仿真实验,结果表明:该主动防侧翻控制系统可防止大客车侧翻并改善客车操纵稳定性。     

路面不平度模型对车辆侧翻瞬态响应的影响分析

精准的路面不平度模型可以提高车辆在瞬态响应的估算精度。结合国标中的标准路面谱和路面形貌自相似性特点，利用傅里叶逆变换法和正方形细分法分别建立平整路面、二维路面和三维路面模型。在双移线、鱼钩工况和角阶跃典型工况下，对比分析不同路面不同平度模型下横向载荷转移率(LTR)、侧向加速度、横摆角速度和侧倾角4个瞬态响应的区别。其中三维路面模型对各响应影响最大，车辆侧翻时其各响应的数值达到侧翻阈值。验证了多维度路面模型建立的可行性，为车辆侧翻瞬态响应研究提供了理论基础。     

某多点进出超长隧道温升特性的模拟研究

通过介绍多点进出超长隧道的建筑特点,分析了控制其内部温升的重要性。基于隧道温升的传热机理,以上海某多点进出超长隧道设计方案为研究对象,建立了隧道在阻滞工况下的通风网络节点模型,模拟研究了隧道在不同通风量、不同通风区段、不同车流量和不同室外环境下的温升特性。通过对比分析该隧道在不同模拟工况下的温升趋势和设备能耗等特性,提出了此类隧道通风设计及运营养护上的相关建议。     

基于电控液压制动的汽车稳定性多目标协同控制

为改善高速转弯工况时的汽车稳定性,研究了基于电控液压制动系统的汽车稳定性多目标协同控制方法。考虑汽车纵向、侧向、横摆、侧倾运动,建立4自由度非线性汽车动力学模型;用AMESim软件建立汽车电控液压制动系统模型,研制台架验证模型的正确性。以电控液压制动系统为执行机构,应用差动制动原理分配制动力矩;以横摆角速度和横向载荷转移率为控制目标,分别设计了单目标的汽车横向稳定性和侧倾稳定性控制策略,以及多目标协同的汽车稳定性LQR控制策略。选取J-Turn及Worst-Case典型工况进行数值仿真,对比分析了多目标协同控制策略对不同行驶工况的适用性。结果表明:基于电控液压制动系统的多目标汽车稳定性协同控制策略能明显提高汽车的抗横摆能力,有效防止汽车侧翻。     

基于不变集的半挂汽车列车防侧翻控制研究

针对行车过程中的不确定性干扰及半挂车高度的强非线性导致的模型失配问题,应用不变集理论,将状态、控制输入和干扰的约束考虑为鲁棒控制不变集并作为控制器的终端约束,建立了反映半挂车横摆及侧倾运动学特性的7自由度动力学模型,用于预测控制算法设计控制器、跟踪参考信号、解决滚动优化带约束的有限时域最优控制问题,得出最优控制输入,即3根主车轴的防侧翻力矩,并由主动防侧倾杆实施以达到防侧倾控制。最后进行了典型工况的仿真,结果表明:应用所设计的鲁棒模型预测控制器可较好地防止半挂车侧翻。     

160km/h工程车车轮热负荷研究及强度分析

以160km/h工程车的车轮为研究对象,运用有限元分析方法,分析了车轮轮径、制动缸压力和环境温度对车轮热负荷的影响,并计算了热载荷对车轮强度的影响。有限元分析结果表明,初始条件相同时,大轮径车轮踏面的最高温度低于小轮径车轮;制动缸压力和环境温度影响车轮踏面达到最高温度所用的时间,初始值越大,用时越短,但随后踏面温度下降却越快。热载荷对车轮强度主要有2个方面的影响:其一,影响车轮最高应力的位置,施加热载荷后最高温度由轮毂孔附近变为踏面位置;其二,影响车轮的最大应力值,热-机载荷共同作用下车轮的最大应力值在各工况下均有不同幅度的增大。     

基于滑模控制的三轴重型汽车平顺性优化研究

建立了基于半主动悬架的9自由度三轴重型汽车垂向动力学模型,为提升其平顺性,针对该重型汽车模型设计了滑模控制系统,对悬架阻尼力进行控制。该控制器以天棚阻尼系统为参考,使重型汽车振动响应跟随参考系统。基于Matlab/Simulink软件对滑模控制系统进行验证,在B级路面不同车速工况下进行响应分析。结果表明,所建立的控制器在不同车速下,均能有效改善车辆垂向加速度、俯仰角速度和侧倾角加速度。     

半挂汽车列车高速侧向稳定性控制研究

为提高半挂汽车列车高速变道行驶时的侧向稳定性,开展了挂车车轮主动转向控制研究。考虑侧风干扰和车身侧倾,建立挂车主动转向半挂汽车列车的5自由度车辆模型;以挂车的质心侧偏角和挂车质心处的侧向加速度为控制目标,设计挂车车轮主动转向的鲁棒控制器;为验证所设计控制器的有效性,基于搭建的TruckSim与Simulink联合仿真平台,在高速单移线和双移线行驶工况下,仿真研究挂车车轮主动转向的半挂汽车列车侧向动力学特性和挂车跟踪牵引车轨迹的跟随性。研究表明,所设计的挂车车轮主动转向鲁棒控制器是有效的,它能有效抑制变道时传统半挂汽车列车出现的挂车"过冲"现象,提高挂车跟踪牵引车轨迹的跟随性,并显著降低半挂汽车列车的质心侧偏角、侧向加速度和车身侧倾角。     

非均匀温度边界下多孔介质太阳能吸热管内非达西强迫对流传热数值研究

针对太阳能集热器的多孔介质吸热管部件工作时，存在受热不均匀而引起剧烈的温度循环变化和交变热应力所导致吸热管出现疲劳破坏的问题 ，开展了三维数值模拟。动量方程采用Brinkman模型，能量方程采用非局部热平衡下的双方程模型。在入口温度非均匀而壁面恒温(工况1)和入口恒温而壁面温度 非均匀(工况2)2种常见工况下，考察多孔介质太阳能吸热管内非达西强迫对流传热过程，并采用无量纲形式对问题进行简化。研究结果表明：无量纲速度参数对 吸热管内对流传热过程影响显著，Bi增大，流体和固体骨架温差减小。通过改变入口和壁面受热条件以及合理的控制参数范围可以有效地降低多孔介 质太阳能吸热管内的最大温差，从而改善吸热管的工作效率，延长使用寿命。     

基于数据驱动的车身不确定性优化方法

为了解决无人承载式车身在复杂工况下由于非线性耦合导致目标函数求解困难的问题,提出基于数据驱动和多目标遗传算法相协同的不确定性优化方法。数据集以车身各结构面的特征尺寸作为输入参数,以车身满载扭转工况最大等效应力、自由模态基频频率和车身侧倾工况的最大等效应力作为输出参数。通过灵敏度分析法分析车身的特征尺寸和优化结果的相关程度。基于支持向量机对数据集进行分类,从种群中筛选出符合期望的个体。基于改进的遗传算法的种群重组方法,使寻优算法在解空间范围内进行全局搜索,获得Pareto最优解。结果表明:被优化的特征尺寸总体减小,且车身优化后最大扭转应力下降8.53%,最大侧倾应力下降4.65%。     

轮胎模型动态特性及参数分析

基于LuGre摩擦理论对不同路面条件下轮胎动态摩擦力进行仿真分析,表明轮胎在行驶过程中受到的摩擦力有明显的"迟滞"现象,且受到路面条件的影响,能较好地反映轮胎与路面接触时的动态特性。根据轮胎模型建模理论搭建了动态轮胎模型,通过路面附着系数与滑移率曲线对其参数进行分析,选取了合适的轮胎参数进行模型仿真分析,验证了搭建的动态轮胎模型的准确性和鲁棒性。仿真结果表明:基于LuGre理论搭建的动态轮胎模型能较好地模拟车辆行驶过程中轮胎的动态受力特性。     

双行星排式动力耦合机构动态特性分析

以某款混合动力汽车动力耦合机构为例,综合应用UG、ADAMS及ANSYS建立双行星排式动力耦合机构刚柔耦合动力学模型;对建立的系统动力学模型进行典型工况下的仿真分析,通过分析前后排行星轮系轮齿啮合力、轴系角加速度的时域和频域响应曲线,得到该动力耦合机构在稳态(如纯电动、巡航)和非稳态(如发动机起动)工况下的动态特性。仿真结果表明:该动力耦合机构稳态工况下动态特性峰值频率主要为低频段的旋转频率和两行星排的啮合频率及其倍频;非稳态工况初期存在瞬时冲击激励,但前排行星轮系动态特性的变化对后排行星轮系影响较小。     

基于智能体理论的空气悬架车身高度智能控制系统研究

为了进一步发挥空气悬架车身高度调节系统的性能,在Belief-Desire-Intention(BDI)框架下构建了目标车身高度控制智能体,并采用汤普森抽样算法构建智能体学习行为。结合车身高度调节系统模型,建立空气悬架车身高度智能控制系统。单一工况下的仿真结果验证了智能体学习行为的可行性以及学习结果的适用性;混合工况下的仿真结果验证了空气悬架车身高度智能控制系统的可行性和有效性。结果表明:在车身高度智能控制系统的控制下,簧上质量质心位置处的加权加速度均方根值上升了0. 45%,侧倾因子降低了22. 82%,在不恶化行驶平顺性的同时,提高了操纵稳定性。     

轮胎等效模型与快速计算研究

复杂的轮胎结构和橡胶等超弹材料是影响轮胎有限元模型精度和计算速度的重要因素。为实现模型的快速计算,通过探索线性材料构建轮胎有限元模型,对模型进行等效处理。构建了轮胎有限元精细模型,并通过台架试验对精细模型的有效性进行验证。对轮胎精细模型提出3种简化方式,分别为实体单元建模、实体单元和壳单元混合建模、实体单元和梁单元混合建模,并采用线性材料计算3种等效模型的充气侧向变形量、充气径向变形量以及径向加载下沉量,最终得到其最优等效模型。通过对等效模型接地印记和接地压力以及各阶模态与精细模型对比,验证了等效模型的准确性和计算效率,为整车有限元仿真提供一种轮胎建模方法。