峡谷桥隧连接段行车安全风环境改善研究

为研究山区路段峡谷风对桥隧连接段上行车安全的影响,文章利用三维粘性非定常不可压缩N-S方程、k-#湍流模型,采用有限体积法建立了侧风作用下桥隧连接段周围空气流场的数值计算模型,基于风工程有关理论分析了桥隧连接段上的风特性。作者提出了桥面上空等效风速及侧风折减系数概念,更合理地反映桥面上空的风特性,并且定量地反映沿桥隧连接段行车方向风特性的变化规律,为改善峡谷风对行车安全影响提供了基础性研究。同时作者有针对性地为改善行车桥面风环境提供了匹配措施,从流场机理上定性地分析了建议措施的有效性。     

基于CFD的桥上车辆行车安全研究

为了研究自然风荷载作用下车辆在大跨斜拉桥上的行车安全,以大客车、小汽车、半挂车为研究对象,采用CFD(Computational Fluid Dynamics)数值分析对风-车-桥耦合系统中车辆的气动特性进行分析。模拟不同风速、不同偏角风荷载作用下3种不同类型车辆在大跨斜拉桥上行驶时车辆气动力系数的变化规律,计算不同偏角自然风作用下各类型车辆以不同速度在桥上行驶时车辆发生倾覆及不同路面状况车辆发生侧滑的临界风速。对比车辆发生危险的临界风速表明,车辆以80~100km/h速度在大跨斜拉桥上行驶,当车辆在干路面上行驶时,大客车与半挂车车辆更容易发生倾覆,当路面的附着系数较小时则更容易发生侧滑,小汽车在桥面上行驶时相比较更容易发生侧滑。     

120 km/h典型棚车大风运行安全性分析

川藏铁路沿线风环境复杂,大风严重危及铁路行车安全.为分析既有120 km/h典型棚车与川藏铁路的适应性,采用数值模拟方法计算了横风作用下P70棚车在平地、路堤以及高架桥等几种典型路况运行时受到的气动载荷,基于欧盟标准EN14067当中的五质量模型分析了棚车大风运行安全性,得到了大风运行时棚车临界倾覆风速.研究结果表明:在三种路况条件下,棚车受到的气动侧向力和侧滚力矩系数均随着侧滑角的增大而增大,在70°～80°时达到最大,随后略有降低.车辆临界倾覆风速随着风向角的增加呈总体下降趋势,风向角为90°时,空棚车以120 km/h速度运行时,在平地、10 m路堤和10 m高架桥上的临界倾覆风速分别为34.3 m/s,26.2 m/s,31.3 m/s.研究可为典型棚车在川藏线的运营安全提供科学参考.     

侧风作用下货车和小汽车行驶稳定性对比分析

为对比侧风作用下货车和小汽车的行驶稳定性,基于8自由度驾驶模拟器,构建了侧风作用下山区高速公路桥隧连接段驾驶模拟平台。招募30名驾驶员进行6种侧风工况下的驾驶模拟实验,采集侧风作用下的侧向位移、横摆角速度、侧向加速度等车辆动态响应和驾驶员反应数据,探讨厢式货车和小汽车的侧滑稳定性、横摆稳定性以及侧翻稳定性。并基于静态稳定系数提出了侧倾比的概念,用于比较不同车型的抗侧翻能力。研究结果表明:在桥隧连接段行驶时,侧风作用下小汽车更易产生侧滑,但厢式货车在持续侧风作用下的侧向偏移更严重;驾驶小汽车相对于驾驶厢式货车能较快地对侧风环境做出响应,侧风感知时间较短;侧风作用下厢式货车更易出现侧翻失稳现象,且在驶出侧风作用区域后仍存在一定侧翻风险。     

基于模型预测控制的汽车侧风稳定性研究

针对汽车高速行驶时在侧风环境下的气动稳定性问题,建立汽车多体动力学与汽车空气动力学的动态耦合模型,研究基于模型预测控制的主动转向控制对汽车侧风稳定性的影响,对比分析某轿车在有、无主动转向控制的动力学与流场响应.研究结果表明:高速行驶车辆在侧风作用下,有、无基于模型预测控制的主动转向的最大侧向位移分别为0.23 m与1....     

铰接式车辆行驶稳定性的理论分析与数值计算

为了获得车辆稳定行驶的临界车速,对铰接式车辆沿直线或大曲率半径曲线行驶时的稳定性进行了研究。将铰接式车辆简化为前、后两车节组成的系统,考虑了轮胎侧偏特性和液压转向机构的弹性,建立了铰接式车辆行驶稳定性线性动力学方程。给出了铰接式车辆行驶稳定性的两种判别方法:特征值方法和时不变输入下稳态响应方法。给出了稳定性因数表达式和临界车速计算方法和公式。指出了铰接式车辆的两种失稳形式:由于轮胎侧偏导致的失稳和由于转向机构缺陷导致的失稳。初步讨论了铰接式车辆侧向运动的频率响应特性。给出了两种铰接式车辆的临界车速动力修改灵敏度分析方法:基于时不变输入下稳态响应方法的直接求导法和基于复特征值分析的特征值法。以ZL10装载机为例进行了实例数值计算,得到了该车的临界车速。     

不同强度侧风对轿车气动特性影响的瞬态数值模拟研究

为研究典型轿车在不同强度侧风影响下的气动特性,通过用户自定义函数实现计算网格的动态更新和侧面入口速度随时间的变化,动态模拟了汽车行驶通过一个侧风速度随时间不断增强的区域,对不同强度侧风下汽车的气动特性进行了瞬态数值模拟研究。研究结果表明,阻力、侧倾力矩和纵倾力矩受侧风影响不大,而升力、侧向力和横摆力矩受侧风的影响显著。随着侧风的增大,升力、侧向力和横摆力矩明显增大,严重影响了汽车的行驶稳定性。     

侧向风干扰下的汽车主动前轮转向最优控制

侧向风对汽车行驶操纵稳定性有重要影响.通过分析侧向风干扰下车辆稳定性,提出基于主动前轮转向(active front wheel steering,AFS)的控制策略.AFS控制器采用线性二次型最优控制算法,以实现横摆角速度和质心侧偏角目标值跟踪.为了评价控制算法,基于MATLAB/Simulink和CarSim协同仿真环境建立整车动力学模型、单点预瞄驾驶员模型、控制器模型、道路和侧向风模型.仿真结果表明,AFS可有效提高车辆在侧向风干扰下的操纵稳定性,且控制算法对车速和路面附着系数具有良好的鲁棒性.     

行驶环境对高速列车侧风运行气动特性影响

在环境侧风下,不同路况高速列车的空气动力特性会影响列车的安全舒适运行.通过数值模拟方法,探讨行驶环境对高速列车侧风运行气动特性的影响.计算结果表明:3种路况下头车、中间车和尾车的气动六分力系数均不相同,特别是路堤路况下的各节车的侧向力系数均明显大于平地和高架桥路况.而在平地和高架桥路况下,尾车受到的侧向力远比头车和中间车的小,且方向为逆侧风方向.这种差异性,主要是由于不同路况下列车的绕流流场发生了显著变化所致;因此,在研究高速列车空气动力特性时,要综合考虑不同路况下的差异性,才能够全面评估高速列车气动特性.     

高速公路平曲线路段半挂汽车列车的横向稳定性

为提升半挂汽车列车在高速公路平曲线路段行驶的安全性,采用TruckSim软件构建车辆动力学仿真系统,选取车轮临界横向附着系数和横向载荷转移比作为车辆横向稳定性评价指标,通过单因素分析和多因素方差分析,确定了高速公路平曲线路段的几何线形、车速和车辆总质量对横向稳定性指标的影响.运用SPSS软件建立了半挂汽车列车的横向稳定性参数模型,并对半挂汽车列车在雨雪路面的运行安全进行评价.研究结果表明:总质量48 t的半挂汽车列车以任何速度在结冰路面上行驶都会发生侧滑;在积雪路面上均可保证低速安全运行;在积雨路面上,半挂汽车列车可以保证以90 km/h的车速安全运行.研究成果量化了平曲线几何线形、车速和车辆总质量对半挂汽车列车横向稳定性的影响,所建立的车辆横向稳定性模型可以为构建高速公路行车安全保障体系提供理论依据.