基于人-车-路协同仿真的山区道路大型车辆行驶适应性分析

为提高山区道路大型车辆的行驶安全性,构建人-车-路协同仿真系统,在3条复杂山区道路上开展代表性驾驶模式的大客车和重载货车虚拟行驶试验,根据仿真输出的车辆运动学/动力学响应参量和驾驶输入量,分别进行设计符合性、车辆通过性、运行速度协调性、行驶舒适性以及驾驶负荷度等5个方面的检验分析。结果表明:通过以上分析能确定危险位置的临界安全速度、超长货车通过急弯时的越出宽度和越出位置、不协调的线形单元以及行驶舒适度和驾驶负荷度较差的位置,进而可以实施靶向性的几何参数改进,增加山区公路与大型车辆之间的适应性,最终达到提高山区公路设计质量和安全性的目的。     

人-车-路闭环的汽车稳定性控制模拟仿真试验研究

操纵稳定性控制是提高汽车安全性的重要措施。通过对理想二自由度模型的改进,建立了以横摆角速度和质心侧偏角为控制变量,离散PID控制的稳定性控制方法,并制定了轮胎制动力分配策略。基于CarSim和LabVIEW搭建了人在环路的仿真试验系统,进行紧急双移线试验、蛇行试验等"人-车-路"仿真试验,验证了稳定性控制策略的有效性。所搭建的仿真系统可扩展性强,有助于快速开发车辆稳定性控制系统。     

人-车-路虚拟仿真系统研究

虚拟仿真技术具有高度沉浸感和实时交互的特点，已成为研究人-车-路系统协调性的重要技术手段。提出了人-车-路虚拟仿真系统的结构，并在基于Creator的基础上，虚拟了场景建模、驾驶人车速控制模型、车辆动力学模型，基于Vega视景仿真的基础上进行了软件开发。通过应用碰撞检测、三通道视景同步显示、Multi—Agent车辆行为建模等技术提高了场景的渲染逼真度，获得了良好的虚拟仿真效果。     

重型车辆与路面耦合作用的仿真分析研究

针对车-路系统以及车-路耦合作用的特点,运用ADAMS动力学仿真软件,建立了某重型车的多自由度仿真模型,并利用ADAMS对模型进行了仿真计算,分析了车辆以不同载重量、不同速度行驶于不同等级路面时,车辆对路面的动载荷作用。结果表明：车-路耦合产生的动载作用受路面工况的影响较大,随着路面等级的降低,车辆对路面的动载荷有着显著的增大;在车辆正常行驶速度范围内,车辆对路面的动载荷也随着车速的增加而增大;而在相同条件下。满载车辆较空载车辆对路面的动载荷要大很多,即满载对路面的破坏作用更为显著。     

“人-车-路”闭环仿真研究

汽车行驶的安全性不只取决于汽车自身的性能,还受驾驶员状况及道路状况的影响.文中在对汽车、驾驶员及道路进行分析研究的基础上,选择汽车、驾驶员和道路模型,建立了“驾驶员-汽车-道路”闭环模型,利用MATLAB语言开发了该闭环模型的仿真软件,并进行了汽车稳态转向特性校正试验、角阶跃输入试验及汽车穹道运行对比试验等仿真研究,进...     

车-桥耦合振动分析的模态综合方法

对车辆与桥梁之间产生的耦合振动进行了全过程分析。首先通过有限元软件对桥梁进行模态分析，在此基础上建立三维车辆模型与桥梁模型组成互动体系的振动时变方程组，然后通过数值逐步积分进行求解。分析方法考虑了桥面平整度、车速等因素。该法不受桥型、跨径等因素的制约，可以模拟多车道和多辆车，有更强的通用性，优化精简了桥梁结构的自由度，提高了计算速度，计算结果准确可靠。     

基于APDL的车-连续曲线梁桥耦合系统建模及动力学分析

随着公路等级、行车速度以及汽车载重等的不断提高,汽车-桥梁相互作用问题越来越突出.在车-曲线桥耦合动力系统中存在弯-扭耦合作用,使得曲线桥的动力学分析相对复杂得多.基于APDL语言采用位移耦合法建立了车-曲线桥耦合系统有限元模型,并与已有文献对比验证了该方法的正确性.以一座5跨连续曲线箱梁公路桥为例,计算了该桥在车辆荷载作用下的动挠度响应,并分析了偏载、车速、离心力对连续曲线梁桥各跨跨中截面动挠度和动力冲击系数的影响.     

整车平顺性仿真的标准化分析研究

为了规范整车在平顺性研究方面的仿真计算,本文提出了从输入要求到平顺性模型建立及最后的数据处理等一系列标准化研究的方法。该方法在企业的应用实施工作表明,采用整车平顺性仿真的标准工作方法,可以很好地规范CAD/CAE数据,既保证了设计各阶段数据的全相关、共享,同时也保证了主模型的安全,方便设计人员与CAE分析人员之间的数据交换,提高了平顺性仿真模型的构建效率和分析质量。     

基于离散-连续耦合的落锤-路面动态相互作用研究

落锤冲击是一种典型的中低速碰撞,也是现今工程技术中的重要力学问题。在公路工程领域,一方面利用落锤产生的巨大瞬时冲击力达到压实、加固、微裂、破碎、检测等目的,另一方面是避免过大的冲击力对结构物产生破坏作用。为了探索落锤-路面动态相互作用规律,基于PFC5.0 Suite和FLAC3D构建了离散-连续耦合模型,模拟无损和有损状态下水泥路面板承受落锤冲击过程中加速度的变化规律。通过路面无损状态下的仿真结果分析发现：①落锤冲击加速度曲线拥有多个波峰和波谷,且均与路面和落锤参数具有相关性;②冲击加速度峰值与落锤高度和水泥板模量正相关,而与落锤质量负相关;③落锤高度对冲击持续时间影响不大,而落锤质量将显著增长冲击持续时间。通过路面有损状态下的仿真结果分析,发现：①冲击加速度曲线特征点与路面破损状态密切相关;②随着水泥面板破损程度增大,冲击加速度值整体减小,冲击持续时间延长;③落锤高度和质量对路面破损模式的影响差异较大,前者主要引起表面破损,而后者主要引起底部破损。研究认为：落锤冲击加速度特征值与路面破损程度和破损模式之间存在密切的关联,相关研究结果可用于路面破损检测、破碎或微裂状态评价等实际工程中,同时也可为工程器械的改进和研发提供基础支撑。     

路面平整度及车辆振动模型的研究综述

为了在车-路或车-桥相互作用的耦合体系中更准确地模拟由路面不平整度引起的车辆动荷载,以及分析由动荷载引起的路面动响应,论述了路面平整度的各种定义,回顾了路面平整度的各项评价指标、评价方法及各种评价指标之间的关系。分类阐述了针对各种评价指标的现场检测方法及仪器,分析了路面平整度的各种数值模拟方法,并推荐了更符合实际情况的平整度数值模型,介绍了用于分析路面不平度引起的车辆动荷载的各种车辆振动模型。最后总结了研究路面平整度评价指标、不平度的数值模拟方法及车辆振动模型的发展趋势,提出了用于分析车辆与路面作用的耦合振动体系的各项参数的采用建议,为研究车辆随机动荷载作用下的路面或桥面动响应提供了理论依据。     

车辆-模数式伸缩缝耦合振动与冲击荷载分析

为研究导致伸缩缝及其相邻路面损坏的车轮冲击荷载,以桥梁工程中常用的模数式伸缩缝为例,提出一种车辆-桥梁-模数式伸缩缝耦合振动的分析方法。该方法通过分布式弹簧阻尼单元模拟车轮在伸缩缝上的脱空情况;采用等效悬臂或两侧支撑梁模型,考虑脱空段轮胎面的支撑作用,通过车辆-桥梁-伸缩缝耦合振动的迭代算法,实现模数式伸缩缝上的车轮动力荷载的准确模拟,并对载重汽车通过双缝模数式伸缩缝进行实例分析。研究结果表明：①由于伸缩缝结构和车轮位置的变动,很难保证车辆振动的对称性,因此需要采用三维有限元方法分析车轮冲击荷载;②伸缩缝空隙处轮胎面的支撑有助于减小车轮冲击荷载,该支撑刚度与胎面预拉应力密切相关,胎面预拉应力越大,支撑刚度越大,轮载冲击系数越小;③车辆不对称振动导致左右轮冲击系数不同,模数式伸缩缝的中梁跨中冲击系数最大;④模数式伸缩缝上的轮载冲击系数计算值可能超过中国伸缩缝设计指南规定值,该方法可用于确定模数式伸缩缝的最大容许间隙,使车轮冲击荷载小于设计值,以保障伸缩缝的安全服役。     

杭州湾跨海大桥车桥空间耦合振动参数分析

将整个车桥系统划分为车辆与桥梁两个子系统,引入车桥系统几何协调条件和力学平衡关系,采用含增量动力平衡迭代格式的Newmark-β方法编制了汽车-桥梁系统空间耦合振动分析程序,并采用弹簧质量系统匀速通过简支梁对程序的可靠性进行了验证。然后以杭州湾跨海大桥为工程实例,运用所编制程序详细研究了车辆数目、车辆间距、不同车道、车辆相向行驶、不同路面粗糙度以及不同车速时车流通过桥梁时主梁跨中的动力响应和冲击系数。研究发现:主梁跨中冲击系数随着路面粗糙度变坏而明显增大,与车辆数目、车辆间距、车辆相向行驶以及车速没有必然联系。     

考虑弹性支撑边界条件的电动汽车-路面系统机电耦合振动特性分析

轮毂电机驱动电动汽车的簧下质量大导致轮胎动载荷增加,并且电机电磁力和转矩波动对车轮造成电机激励,进一步加剧车轮振动引起垂向振动负效应的问题。鉴于此,考虑电机的电磁激励,建立了电动汽车-路面系统的机电耦合动力学模型,推导了弹性支撑边界条件下路面结构的模态频率和振型表达式,以及路面振动引起的二次激励。计算了简支与弹性支撑边界条件下的路面模态频率,根据频率分布进行了截断阶数选取,并分析了边界条件、电机激励和车速对路面响应的影响。在此基础上,研究了不同行驶速度、路基反应模量及路面不平顺幅值下,激励形式对汽车车身加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷的影响。结果表明：路面不平顺幅值越小,弹性支撑对路面响应的影响越大,弹性支撑边界条件下的路面响应较小,电机激励会引起路面响应的增加;弹性支撑边界条件下,路面不平顺幅值和路基反应模量越小,考虑路面不平顺、路面二次激励和电机激励的三重综合激励对电动汽车响应的影响越大,激励形式对轮胎动载荷的影响最大,对车身加速度的影响次之,对悬架动挠度的影响最小;电机激励导致轮胎动载荷增加,对路面破坏和寿命产生的负效应不容忽视。所建电动汽车-路面系统机电耦合模型及研究思路可为电动汽车垂向动力学分析提供参考与理论支持。     

汽车脉冲路面输入平顺性仿真分析

以某皮卡车为研究对象，利用ADAMS／VIEW软件建立了车辆多刚体动理学模型，并进行了脉冲路面下的仿真。将仿真所得结果与试验所得结果进行了对比，结果表明数据吻合较好，整车模型建立准确，为进一步对车辆做设计分析打下了良好的基础。     

空气悬架客车平顺性仿真分析

以大客车1/2车辆模型为仿真对象,应用Matlab软件建立整车平顺性模型。采用有理函数功率谱参数,建立路面对客车激励的时域模型,并用分段线性插值函数与最小二乘法拟合空气弹簧的刚度曲线,对大客车空气弹簧悬架进行计算机仿真软件的编制,在Simulink中进行仿真运算,并将仿真结果与试验结果进行比较。结果表明,所建立的仿真模型可以对空气悬架大客车平顺性作出正确的预测。     

用于公路车-桥系统振动分析的精细化轮胎模型

为了解决当前公路车桥耦合振动模型中轮胎模型过于简化、车轮-路面接触力与桥梁响应计算结果不够精确的问题,提出了一种精细化轮胎模型.首先基于车辆橡胶轮胎的几何、力学特征,建立了径向弹簧力学模型并进行了理论推导;然后考虑轮胎与路面接触面的刚度分布特征和高速状况下轮胎的惯性力,提出了轮胎接触面分布刚度的计算方法,保证了轮胎接触...     

重载汽车-路面-路基垂向耦合动力学模型

为了研究路面不平度激励下移动重载汽车、路面结构和路基的动力相互作用,将重载汽车简化为由弹簧和阻尼器并联的匀速移动多自由度刚体模型,面层简化为离散基层块体支撑的带内部阻尼连续薄板模型,基层简化为支撑于粘弹性路基上的离散块体模型,并采用Wilson-θ法对建立的重载汽车-路面-路基垂向耦合动力学模型求解,同时验证模型的可靠性.研究结果表明:移动重载汽车产生的动力效应显著,五轴汽车产生的轮胎接地力和路面动位移最大,随着后轴轴重的增加,轮胎接地力和路面位移呈线性增加;随着行车速度增加,轮胎接地力峰值和路面动位移峰值增加,但路面动位移均值变化较小;路面不平度等级由A级降为D级时,轮胎接地力放大倍数增大了1倍多,且路面动位移峰值增幅达72％;路基刚度对轮胎接地力影响较小,但路面位移的影响则较为显著.     

公路车-桥耦合振动的理论和应用研究进展

为了推动公路车-桥耦合振动理论的发展和仿真技术的广泛应用,从公路车-桥耦合振动理论研究和应用研究2个方面系统性梳理了公路车-桥耦合振动相关领域的学术研究现况、既有研究成果、发展前景、存在的问题和对策。理论研究方面,系统总结了车-桥耦合振动研究中车-桥、桥梁、路面不平整度等参数的数学模型和车-桥耦合时变系统动力学方程的数值解法。基于调研和分析发现,经过国内外学者长期的努力,车-桥系统数值模型已经可以越来越真实地模拟实际车辆、桥梁以及路面不平整度等其他条件因素。在未来的研究中应持续改进有限元建模技术和优化数值算法,以进一步提高车-桥耦合振动仿真分析的精度和效率,扩展其应用范围。应用研究方面,以桥梁动力冲击系数、桥梁疲劳分析、桥梁结构损伤识别、桥梁振动控制、桥上行车舒适性以及桥上车辆荷载动态识别等6个问题为例,综述了车-桥耦合振动仿真技术在桥梁安全相关研究领域的应用现状,并对目前研究仍存在的局限和后续的研究方向进行了初步探讨。研究表明,车-桥耦合振动仿真技术已成为众多相关研究领域内的重要研究方法,在部分研究领域已展现了良好的应用前景。后续研究中,一方面应针对具体问题的特点改进车-桥耦合振动模型的适用性和计算精度,另一方面应针对具体研究问题进一步完善相关理论,并从工程实用性角度提出新的或改进的技术和方法。     

阵风下高速列车-独塔斜拉桥耦合振动分析

大跨度桥梁一般较柔且桥面较高,车辆与桥梁间耦合作用明显,桥面风速较大时车辆风荷载也将增大,列车-桥梁系统抗风安全性成为重要课题.为了研究阵风环境下高速列车驶过独塔斜拉桥时的耦合振动特性,利用有限元方法建立多自由度有限元独塔斜拉桥子系统(转为线性弹性体),利用多刚体动力学方法建立CRH3四动四拖八辆编组高速列车子系统,在...