基于细观离散元法的履带车辆转向阻力研究

采用细观离散元法,通过土壤参数试验、履带板土槽试验及EDEM和RecurDyn协同仿真,对履带车辆与地面相互作用关系进行了分析,得到了履带车辆转向阻力(包括剪切阻力、摩擦阻力、刮土阻力)随转向半径和速度的变化规律.     

铰接履带车转向及俯仰性能研究

针对铰接式履带车辆的转向阻力矩求解及车辆俯仰性能计算问题,以全地形铰接履带车为实例,建立了铰接式履带车辆数学模型,采用履带车辆转向原理及Bekker理论分析了引起水平转向阻力矩的因素。给出了履带与地面摩擦力及履带侧面推土所产生力的计算方法,并通过试验进行了验证,结果表明：该方法能够合理、有效地分析该车在转向时的阻力情况。为铰接履带车辆铰接机构的设计提供了理论依据。针对铰接式履带车辆的转向阻力矩求解及车辆俯仰性能计算问题,以全地形铰接履带车为实例,建立了铰接式履带车辆数学模型,采用履带车辆转向原理及Bekker理论分析了引起水平转向阻力矩的因素。给出了履带与地面摩擦力及履带侧面推土所产生力的计算方法,并通过试验进行了验证,结果表明：该方法能够合理、有效地分析该车在转向时的阻力情况。为铰接履带车辆铰接机构的设计提供了理论依据。     

履带打滑条件下的电驱动车辆转向运动学研究

为了解决履带与地面之间的滑转和滑移使实际转向半径远大于理论转向半径的问题,提出了转向半径修正系数及其计算方法,并利用转向半径修正系数对电驱动履带车辆的运动学公式进行了修正.通过采用Matlab/Simulink对履带打滑条件下的车辆转向运动进行仿真,并将仿真结果与转向试验跑道进行对比,结果表明车辆运动轨迹的仿真结果与试验跑道基本一致,证明转向半径修正系数及其计算方法是正确的,能够真实反映电驱动履带车辆在实际转向过程中履带滑转滑移对车辆转向运动学特性的影响.     

履带车辆转向动力学仿真

本文采用机械系统动力学分析与建模通用方法，通过总体参考系、动参考系、连体参考系来描述车辆与地面运动和相互作用关系，并综合考虑了包括离心力等因素对履带车辆转向的影响，对其在水平硬地面转向过程进行了动力学分析和动态仿真计算。对履带车辆低速转向的仿真与试验结果进行了对比分析，说明所建模型与实际履带车辆的转向动态过程基本一致；高速情况下分别对有无离心力影响两种情况进行了仿真，结果的对比分析说明了离心力对履带车辆高速转向的影响。     

电传动履带车辆转向自适应控制策略仿真分析

针对电传动驱动履带车辆,提出了一种适应于转向阻力变化的转向控制策略.通过对转向动力学模型进行等效线性转换,推导了应用模型参考自适应控制基本原理的系统控制结构,设计了能够有效调节电机驱动扭矩的自适应控制策略.建立了基于转向自适应控制策略的履带车辆仿真模型,进行了6种给定转向工况的仿真.结果说明,在应用自适应控制后,当地面转向阻力变化时,履带车辆能够获得期望的转向角速度响应.自适应控制策略保持车辆转向稳定性的控制能力良好,且简化了驾驶员操纵,降低了电机控制难度.     

基于非线性二自由度模型多轴车辆转向特性分析

针对3轴车辆,通过建立非线性二自由度转向模型,开展转向特性分析,得到在轮胎大侧偏角情况下车辆的转向特性,仿真结果表明,转向行驶过程中,轮胎的侧偏角进入非线性范围,侧偏力对车辆转向特性产生明显影响,为多轴车辆转向特性分析提供理论支撑.     

四轮独立转向电气式同步控制方案仿真

针对无人车辆四轮独立转向过程中因不同步而产生的轮胎拖拽问题,设计了四轮独立转向系统电气式同步控制方案,建立了Simulink模型并进行了仿真分析.仿真结果表明:在给两个转向轮施加等值脉冲扰动后,其输出转速的跟踪误差系数能在短时间内趋于0;在给两个转向轮施加时长3s的等幅正弦信号扰动后,其输出转速的波动幅值为4°/s,跟踪误差系数小于6％.表明该同步控制方案具有较好的抗干扰能力和同步稳定性.     

履带车辆原地转向特性仿真研究

对履带车辆的硬地面原地转向特性进行了建模和仿真分析,计算结果表明,所建多体力学模型能较好地模拟履带车辆实际原地转向特性;通过改变转向速度,对原地转向工况下,车辆的受力情况以及履带张紧力的变化,进行了研究,所得结论可为高速履带车辆的结构设计与评价其原地转向特性提供计算依据.     

某履带车辆液压转向操纵系统仿真

介绍了液压式转向机的工作原理,并应用AMESim软件对某履带车辆液压式转向机建立仿真模型,对其转向、加力、制动工况进行了仿真.仿真结果与实际工况相符,表明仿真分析可以有效地研究液压式转向机的动态特性,为设备的性能分析与优化、故障预测与诊断提供依据.     

三轴全轮转向车辆水平集成控制研究

为提高三轴全轮转向车辆高速操纵稳定性,提出了全轮转向和横摆力矩的水平集成控制方法,分别设计上层协调控制器以及下层执行控制器。基于建立的18自由度车辆模型、轮胎载荷分配模型和Dugoff非线性轮胎模型,对车辆低附着路面转向和紧急避障转向工况进行了仿真研究。仿真结果表明：设计的水平集成控制器可以较为显著地提高车辆的操纵稳定性和主动安全性,能够实现对理想模型的良好跟踪。     

基于离散元与有限元耦合的充气轮胎沙土路面行驶性能仿真方法研究

为研究充气轮胎在沙土路面的行驶性能,提出用于模拟充气轮胎-沙土路面行驶性能的离散元与有限元耦合模型,建立205/55R16轮胎的三维有限元模型和沙土路面离散元模型,并以离散元与有限元接触算法模拟轮胎与路面之间的相互作用。依据被动滑转原理,采用基于PID控制理论的加载方式为土槽装置轮胎加载。在自主研发的越野车沙地行驶行为仿真软件ORV-SAND中实现以上功能,仿真分析两种胎面对应轮胎的总牵引力、挂钩牵引力、行驶阻力和轮辋下陷量等行驶参数,以及不同滑转率对这些参数的影响。结果表明,仿真分析与试验结果在趋势上具有较好的一致性,说明提出的充气轮胎-沙土路面离散元与有限元耦合模型及仿真方法在研究轮胎与沙土相互作用关系方面具有很大的潜力。     

越野车轮胎卵石路面牵引性能有限元与离散元耦合仿真及试验验证

越野车轮与松软路面相互作用研究对提高越野车辆松软路面行驶性能有重要意义。针对有限元方法或离散元方法不能单独有效描述轮胎与松软路面相互作用的问题,基于室内单轮土槽试验,建立能表征越野车轮胎复杂力学特性和卵石路面散体介质特性的有限元轮胎-离散元卵石路面耦合模型。使用有限元仿真分析软件LS-DYNA对越野车轮胎在不同滑转率工况下卵石路面的牵引性能进行仿真实验,得到了轮胎牵引性能参数（轮胎牵引力、轮辋下陷量）以及它们随滑转率变化关系。研究表明,仿真结果与土槽试验结果的一致性良好,验证了越野车轮胎卵石路面性能评价有限元与离散元耦合模型及仿真分析方法的正确性。     

基于高斯混合-隐马尔可夫模型的速差转向履带车辆横向控制驾驶员模型

为解决基于离合器转向机的履带车辆在无人行驶条件下的横向控制问题,采用一种基于高斯混合-隐马尔可夫模型的统计学习方法构建驾驶员模型,以实现对驾驶员跟踪控制操控经验的表述。利用经过大量试验采集获得的经验驾驶员操控数据对模型进行训练。以基于高斯混合模型表征的车辆速度和航向偏差作为隐马尔可夫模型的观测状态参量,并利用高斯混合模型对左右操纵杆位置进行转向模式划分,以转向模式作为隐马尔可夫模型的隐藏层状态参量,通过对模型的训练最终实现对于驾驶员操控经验以及车辆特性的统计学描述。利用上述模型对跟踪控制过程中的期望转向模式进行预测分析,结果表明该模型能够较准确地对转向模式进行预测。     

轮胎-松软地面相互作用有限元分析

采用改进的可变约束法,给出了松软地面条件下轮胎、地面相互作用处理方法.研究了稳态驱动条件下轮胎、松软地面之间相互作用,分析了接地印迹上摩擦接触特性及轮胎内部应力分布特性.结果表明,本方法能够处理轮胎和松软地面之间相互作用问题,并给出轮胎接地界面及其内部详细的力学信息.     

负重轮轮胎滚动阻力数学模型及分析

研究了滚动阻力发生机理，指出了负重轮轮胎滚动阻力发生机理与充气轮胎有本质区别；建立了滚动阻力的数学模型，讨论了滚动阻力的影响因素，为负重轮轮胎设计和性能提高提供了理论依据。     

轮毂电机驱动车辆双重转向直接横摆力矩控制

针对某型8轮轮毂电机驱动车辆,设计一种基于直接横摆力矩控制的双重转向控制方法,建立车辆双轨2自由度动力学模型,研究包含滑移转向工况的车辆参考模型,并对滑移转向比采用基于车速与路面附着条件的模糊调节。为平衡横摆角速度控制与质心侧偏角限制之间的矛盾,在控制模型中,以横摆角速度作为直接控制变量,以质心侧偏角作为约束量,采用滑模变结构控制算法计算期望的横摆力矩,横摆力矩分配过程中采用预分配与驱动防滑控制相结合的分配策略。利用硬件在环实时仿真平台对所提出的双重转向控制算法进行分析验证,仿真结果表明：采用双重转向控制,能有效提高车辆转向的机动灵活性和操纵稳定性,对于提高轮式装甲车辆战场生存能力具有重要意义。     

越野子午线轮胎与斜交轮胎装车对比试验研究

该文介绍了越野子午线轮胎和斜交轮胎装车后滚动阻力系数、经济性能、加速性能、减振性能、耐磨性能和抗剌破性能等道路试验并简要分析了子午线轮胎的结构特点,对比两种轮胎对车辆常规性能的影响,确定子午线轮胎能够明显改善车辆使用性能.     

一种全金属网面轮胎的设计、仿真与试验研究

为避免车辆轮胎因扎刺或弹片侵彻等引起的爆胎问题,设计一种非充气型全金属网面车轮结构。建立关于轮胎的垂向刚度预测、垂向振动的理论分析模型;结合三维建模软件Pro/E、有限元前处理软件ANSA和有限元仿真软件Abaqus建立轮胎仿真模型;制作与235/70 R16型号充气轮胎同尺寸的轮胎样机,开展轮胎静力学压板试验和车辆平顺性试验。仿真结果表明,该金属轮胎在各向力作用下不会产生塑性变形,满足轮胎使用的强度条件;通过垂向刚度试验,验证了仿真过程的准确性和轮胎较强的承载能力;平顺性试验表明,金属轮胎在减振性能上略差于充气轮胎,但具有更好的抓地特性。     

高速轮胎驻波临界速度有限元分析

利用ABAQUS软件对高速子午线轮胎进行了驻波临界速度有限元分析,确定了轮胎驻波临界速度的表征方法;利用测试系统进行了试验验证,得出增大轮胎胎压和减小轮胎负荷可有效增加驻波临界速度值.为汽车安全行驶提供临界速度指标;为设计制造耐高速性能的轮胎和交通管理提供科学依据.     

重载轮胎面内刚柔耦合动力学建模及振动传递特性分析

针对重载子午轮胎扁平率接近1的特点,建立面内刚柔耦合模型并开展振动分析方法研究。提出重载轮胎面内胎体与胎侧耦合的试验模态测试与分析方法;考虑胎侧的惯性力和分段刚度,建立重载轮胎面内弹性基础柔性梁动力学模型;利用有限差分法,将面内耦合动力学方程离散化,建立基于轮胎几何、结构参数的三参数等效刚度重载轮胎面内刚柔耦合模型;基于试验和解析模态共振频率,利用遗传算法对重载轮胎结构参数辨识,建立重载轮胎面内刚柔耦合模型的传递函数解析模型。数值分析和试验验证结果表明：在0~300 Hz频率范围内,面内刚柔耦合模型可准确表征重载轮胎面内胎体和胎侧的耦合振动模态与传递特性;该建模与试验分析方法可将重载轮胎的分析频率由0~180 Hz扩展至300 Hz.