面向对象技术在车辆动力学仿真中的应用

分析了车辆动力学仿真的主要问题,建立了基于面向对象方法的车辆动力学仿真系统的体系结构,分析了系统的类并建立了类图,给出了在车辆动力学仿真中建立usecase和交互图的方法.根据所建立的软件模型,开发了相应的仿真软件.应用本文所开发的软件分别对车辆的直线制动和转弯制动安全性和稳定性这两种工况进行了仿真计算,计算结果符合车辆运行的实际情况.面向对象方法所具有的封装、继承等特点使系统具有结构清晰、扩展和维护方便等特点,为车辆控制系统的开发奠定了基础.     

基于Matlab的车辆动力学仿真及实现

车辆的动力学模型是进行动力学仿真的基础.该文研究了车辆动力学模型,分析了车辆的地面受力,得出了车辆的整车运动微分方程及簧上质量运动微分方程.用Matlab/Simulink实现了车辆的动力学仿真模型,该模型包括了整车模型及车辆行走系统模型,行走系统主要由车轮模型组成,用来仿真车轮所受到的地面作用力及对车轮的操纵与控制力.使用所建模型进行了车辆动力学仿真,车辆的运动仿真状态变化情况及受力变化情况与实际情况基本吻合.     

车辆动力学时间离散建模及面向对象方法的仿真实现

通过数值离散方法建立了车辆动力学的时间离散模型，为对车辆工况进行实时监测和控制奠定了基础。将车辆及各部件作为对象，运用面向对象方法建立了车辆动力学仿真软件模型，面向对象方法所特有的封装、继承等特点使系统具有结构清晰、直观、扩展和维护方便等特点。     

基于Simpack的车辆侧风安全性仿真计算方法

考虑车辆在侧风条件下运行时所受到的侧向力、升力、侧滚力矩、点头力矩、摇头力矩五种侧风载荷,并基于多体动力学仿真计算软件Simpack,介绍了考虑侧风作用的车辆动力学仿真计算方法。通过此方法,分析了侧风载荷随着环境风速和车辆运行速度变化而变化的规律,以及某动车组车辆在侧风工况下通过曲线线路时的安全性指标的变化规律。     

基于承载鞍加速度的货车稳定性判断方法探讨

车辆蛇行运动稳定性是车辆动力学性能的重要内容。为了探讨货车转向架承载鞍横向加速度与车辆运行稳定性的关系,应用SIMPACK动力学性能仿真软件建立了某货车的动力学仿真模型,在随机载荷条件下进行仿真分析,并与UIC标准、AAR标准进行分析比较。结果表明,承载鞍横向振动加速度可以作为评判货车蛇行运动稳定性的参考指标。     

基于改进ADD控制策略的车辆半主动控制研究

随着高速动车组车速的不断提高,车辆减振的问题逐渐突显出来。为探究“On-Off”型开关控制策略机理,基于车辆横向振动模型提出了一种改进的ADD控制策略。通过ADAMS/Rail和MATLAB/Simulink联合仿真实现了对半主动悬挂系统的动力学分析,结果表明：尽管ADD开关控制策略可以降低车辆横向动力学指标,但在轨道激励较大时切换开关会引起动力学指标的幅值发生突变,从而影响仿真计算结果的最大值,导致半主动悬挂系统的动力学指标反而大于被动悬挂系统的动力学指标。     

基于Witness车辆路径问题的仿真建模与优化

简要介绍了车辆路径问题及仿真的知识,针对实际问题,利用Witness仿真软件,建立车辆路径问题的仿真模型,然后运行仿真模型,得到仿真输出结果,通过对模型结果的输出分析,寻找车辆路径问题的瓶颈因素,通过对瓶颈因素的解决,进行问题的优化,最后得到更优的可行解。     

基于差动制动的防侧翻车辆动力学控制研究

防侧翻车辆动力学控制是将传统的车辆动力学控制与车辆的防侧翻控制相结合的现代车辆主动安全技术。本文通过对汽车差动制动的力学特性的分析,介绍了基于差动制动的防侧翻车辆动力学控制。讨论了防侧翻车辆动力学控制的控制原理和相应的控制方案,比较了两种车辆动力学控制的仿真结果,为利用差动制动控制改善车辆的操纵稳定性提供了动力学基础。     

车辆液力减速器仿真计算研究

基于束流理论建立了液力减速器设计计算的数学模型 ,用Matlab作为仿真工具 ,建立了液力减速器和车辆传动系统的动力学仿真模型。对液力减速器的特性进行了仿真计算 ,并对车辆减速制动过程进行了仿真计算分析 ,得到了有意义的仿真结果 ,对车辆液力减速器的选型、布置和使用控制具有参考价值。     

履带车辆系统刚柔耦合动力学建模及分析

为准确预测履带车辆动态行驶特性,充分考虑了履带非线性因素和地面变形对行驶性能的影响,在贝克理论的基础上建立了履带车辆系统刚柔耦合动力学模型,并在两种路况下进行了算例仿真。结果认为:当履带车辆通过平坦路面时,车辆前进速度和驱动轮角位移迅速从初始值上升到最大值,当驱动轮扭矩保持在6000时,车辆前进速度从指数级上升转为指数级衰减,并且车辆打滑率随着驱动轮扭矩的增大而增加;当通过正弦路面时,车辆动力学特性呈现上下振荡的稳定状态。研究结果为履带车辆行驶特性的准确预测提供了一种新的方法参考。     

汽车侧风稳定性动态耦合方法研究

针对静态耦合方法对汽车侧风稳定性预测不足等问题,通过对流体仿真分析软件FLUENT中动网格及UDF技术的研究,结合双向耦合数据通信技术,提出了一种动态耦合数值仿真计算方法,实现了空气动力学与汽车动力学之间的动态耦合,并将该方法与静态耦合数值计算方法进行了对比分析。利用动态耦合数值计算方法分析了不同侧风风速条件对汽车侧风稳定性问题的影响,结果表明:动态耦合下汽车侧风稳定性较静态耦合下汽车侧风稳定性差;随侧风风速的增大,汽车侧风稳定性降低。     

Minimum Time Overtaking Problem of Vehicle Handling Inverse Dynamics Based on Two Kinds of Safe Distances

Overtaking accidents caused by improper operations performed by a driver occur frequently. However, most stud?ies on overtaking safety have neglected research into driver control input. A novel method is proposed to obtain the driver control input during the overtaking process. Meanwhile, to improve the safety of overtaking, two types of safe distances, and the time of the overtaking are considered. Path constraints are established when considering the two types of safe distances. An optimal control model is established to solve the minimum time maneuver under multiple constraints. Using the Gauss pseudospectral method, the optimal control problem is converted into a nonlinear pro?gramming problem, which is then solved through sequential quadratic programming(SQP). In addition, the e ective?ness of the proposed method is verified based on the results of a Carsim simulation. The simulation results show that by adopting an inverse dynamics method to solve the manipulation problem of the vehicle's minimum overtaking time, the manipulation capability of a vehicle in completing an overtaking safely within the minimum time can be obtained. This method can provide a reference for research into the active safety of manned and unmanned vehicles.     

车辆动力学稳定性系统变结构滑模控制研究

探讨了转弯车辆行驶在极限运动工况下时，依靠施加各车轮不同纵向制动力从而产生辅助横摆力矩来提高车辆动力学稳定性的基本原理，推导了两自由度车辆横向动力学方程，提出了车辆侧滑速度的3种实时估计方案（积分法，代数法和Luenberger观察器法），视实际车辆前后轮胎侧偏刚度为有界不确定性参数，为跟踪线性两自由度理想车辆模型的稳态输出响应，设计了车辆动力学稳定性变结构控制策略，通过仿真验证了该方案可行性。     

RESEARCH AND DEVELOPMENT OF VIRTUAL PROTOTYPE OF RUNNING GEARS FOR RAILWAY VEHICLE

Virtual prototype is an important idea to resolve design problems of railway vehicle. A different development method, which is based on national product and autonomous development, and would like to reflect the specialty of railway vehicle development in China, is presented. According to the developing process of railway vehicle, the research contents and developing method are pointed out. The integration between CAD and performance analysis software on dynamics and strength is mainly considered. In CAD environment, the properties for dynamics computing are extracted directly from the model and exported with model. This method can avoid data losing caused by model rebuilding in CAE software, and increase the direct dependence of product CAD. Then the vehicle model with properties will be used for real-time dynamics and kinematics analysis and simulation. Therefore, the strength of the parts can be analyzed. The results of dynamics and strength analysis will be fed back to optimize the design model. All operations are dispatched by a control platform, and all data are managed according to the principle of PDM. Testing results show this method is correct.     

基于Gauss伪谱法的紧急避让汽车操纵逆动力学

汽车高速紧急避让行驶安全性是汽车自主开发亟待解决的关键问题,也是汽车主动安全的前提和必要条件之一。提出一种汽车操纵逆动力学求解方法,该方法能够用于汽车高速紧急避让性能的客观评价。基于一种求解最优控制问题的新方法——Gauss伪谱法(Gauss pseudospectral method, GPM),以驾驶员对汽车施加的转角输入和驱动力/制动力为控制变量,以最短时间完成双移线过程为控制目标,通过Gauss伪谱法将最优控制问题转化为非线性规划问题之后,运用序列二次规划方法求解。仿真结果表明,相对于间接法和传统直接法,Gauss伪谱法具有求解效率高,对初值依赖性小的优势。采用该方法解决汽车的最速操纵问题,边值约束和路径约束均得到很好的满足,可以客观评价不同汽车以最短时间完成双移线过程的操纵性能。通过实车试验,仿真值和试验值的变化趋势基本一致,从而验证了模型的正确性。     

汽车最速操纵问题的逆动力学研究

提出了一种汽车操纵逆动力学仿真研究方法。基于最优控制理论,以驾驶员对汽车施加的转角输入和驱动力/制动力为控制变量,以最短时间完成双移线过程为控制目标,通过改进的直接多重打靶方法将最优控制问题转化为非线性规划问题之后,运用序列二次规划方法求解。仿真结果表明,该方法能够解决汽车的最速操纵问题,可以比较不同汽车以最短时间完成双移线过程的操纵性能,且计算结果与ADAMS/Car虚拟样机试验结果具有良好的一致性。     

履带式工程车辆训练模拟器动力学建模及实现

建立适于快速实时仿真的动力学模型是训练模拟器材研制的关键。根据履带式工程车辆在各种操纵状态下的运动特点,对其动力学模型进行了系统研究,着重阐述了工程车辆驾驶过程中几个典型工况的建模方法,并给出了仿真模型的计算流程。仿真结果与实际情况吻合良好,证明所提出的建模方法和仿真算法是正确可行的。     

考虑随机参数的高速列车动力学分析

建立高速列车车辆系统非线性动力学仿真模型,考虑悬挂刚度和阻尼、轮轨匹配参数、轮轨界面参数、轨道不平顺和载重的随机性,应用数值仿真研究高速列车动力学性能的随机统计特征。分析随机参数确定方法、动力学仿真工况数量和计算结果后处理方法,并与试验结果进行对比验证。计算结果表明,与常规动力学分析相比,考虑随机因素的动力学方法可以得到动力学指标的分布特性,能够考虑到多种参数随机变化对动力学性能的综合影响。常规动力学计算结果是考虑随机因素的特例,能代表车辆动力学性能的普遍规律,但不能掌握动力学指标的变化域和分布规律。考虑随机因素的动力学方法可用于高速列车动力学性能预测、动力学参数优化和异常振动分析等领域,能更加真实、全面反映车辆动力学性能,优化出的悬挂参数具有更广泛的线路运行适应性。     

TYRE DYNAMICS MODELLING OF VEHICLE BASED ON SUPPORT VECTOR MACHINES

Various methods of tyre modelling are implemented from pure theoretical to empirical or semi-empirical models based on experimental results. A new way of representing tyre data obtained from measurements is presented via support vector machines (SVMs). The feasibility of applying SVMs to steady-state tyre modelling is investigated by comparison with three-layer backpropagation (BP) neural network at pure slip and combined slip. The results indicate SVMs outperform the BP neural network in modelling the tyre characteristics with better generalization performance. The SVMs-tyre is implemented in 8-DOF vehicle model for vehicle dynamics simulation by means of the PAC 2002 Magic Formula as reference. The SVMs-tyre can be a competitive and accurate method to model a tyre for vehicle dynamics simulation.     

汽车纵向动力学系统的模糊-PID控制

在对汽车纵向动力学控制系统进行分析的基础上，探讨了基于两车的车列纵向自动跟踪的控制问题，建立了二阶车间纵向相对距离控制模型，并设计了汽车发动机／制动器的逻辑切换规律。应用参数自整定模糊-P1D控制，对P1D的3个参数进行调节，控制被控车与导航车的车间纵向相对距离误差和纵向相对速度误差的变化范围，以实现汽车纵向控制。仿真结果表明，这种方法与模糊控制相比，减小了系统的超调量，增强了动态抗干扰能力，具有一定的鲁棒性，较好地解决了控制系统快速性和小超调之间的矛盾。作者简介：李以农，男，1961年生。重庆大学机械传动国家重点实验室教授、博士研究生导师。主要研究方向为汽车系统动力学控制、汽车主动安全性、振动控制等。发表论文70余篇。