车辆稳定系统（共9篇）
车辆稳定系统 篇1
前言
运动型多用途汽车(SUV)具有良好的动力性和较大的乘坐空间,所以随着人们生活水平的提高,逐渐获得了较高的市场占有率。然而,随着汽车行驶速度的逐渐提高,汽车的行车安全性逐渐引起人们的重视,而汽车的操纵稳定性对车辆高速行驶安全性有主要的影响作用。
SUV由于有良好的越野通过能力,底盘离地间隙较大,因此该型汽车在高速行驶遇突发事件需紧急制动时,极易出现侧倾、滑移等危险现象,严重时会出现侧翻等安全事故[1]。而德国的Bosch公司推出的ABS(防抱死系统)能帮助汽车在制动时有效地将制动力调节至适应轮胎-地面所能提供的附着力,防止车轮在紧急制动情况下出现抱死,从而提高车轮的制动稳定性,SUV型轿车相对于普通乘用车重心更高些,高速行驶时更易出现危险工况,因此在紧急制动工况下的安全性更需要进一步进行分析。本文基于CarSim平台建立SUV整车动力学模型来模拟车辆以一定时速制动时的运行工况,同时与Simulink建立联合仿真模型,将CarSim输出制动压力值发送至Simulink从而反映到制动时车速的变化以及车辆横移角速度、侧偏角和侧偏位移等影响车辆操纵稳定性参数的变化,通过对比制动工况下有无ABS对这些参数变化的影响,最终确定ABS对SUV车辆紧急制动时操纵稳定性具有极大的改善作用。
1、CarSim整车模型
CarSim是国内外汽车主机厂普遍采用的一款商业化车辆动力学仿真软件,它在车辆整车建模方面具有参数化、简洁化、智能化等优点,广泛应用于汽车整车和子系统研发部门,像Bosch、福特、本田、丰田、铃木,沃尔沃等。采用CarSim建模时,用户只需通过一个简单友好的GUI界面就能根据整车模型参数轻松建立所需的整体车辆模型;它可以设置一定的仿真参数模拟整车在道路的行驶过程,以三维仿真动画和动态输出曲线的形式响应仿真参数的变化过程。该软件通过建立的整车模型,设定一定的工况,并且模拟道路行驶实验,可以对车俩的相关性能指标进行检验,如动力性,燃油经济性,制动性,操纵稳定性以及平顺性等[2]。
CarSim以参数化形式进行简化建模,其中涵盖了汽车的各个子系统,如动力系统、制动系统、转向系统、悬架、车轮轮胎等,在进行分析时把空气动力学,路况信息等影响因素包括在内,在一个三维的虚拟场景里对汽车建立坐标系进行离线仿真分析,即以下做的整车仿真分析过程是一种可视化仿真过程[3],形象逼真。下图为SUV部分参数模型:
本文研究的是车辆路面附着系数较低且出现分隔开的摩擦系数工况下SUV车辆的制动情况,在此仿真过程中车辆会出现危险状况如侧滑和甩尾等,通过对比安装有ABS和无ABS两种情况下车辆侧偏角、横移角速度和偏移位移等参数的变化来分析汽车的操纵稳定性的差别。运用CarSim软件来仿真这些危险工况,相比实车测试更节约时间和费用成本,安全性更好,测试的重复度更好。
另外,CarSim软件对于制动轮胎模型的建立表现的很精确,对4个轮胎可以实现差动制动控制[4],而且还可以分别针对每个轮胎的运行工况做出仿真曲线,通过结合每个轮胎的工作曲线并做一定的对比来反应相关参数的变化,从而推断出车辆在制动工况中整个运动过程。另一方面,在与Simulink软件建立联合仿真的过程中,利用CarSim导出四个车轮的制动压力的数据,然后通过像差动制动ABS制动控制策略一样来改变汽车的运动状态,进而对汽车进行稳定性控制[5,6,7]。本仿真中选择的路面工况是对开的冰面,这是由于路面附着系数较低时,对汽车的稳定性控制才显得更加重要,同时仿真结果更加直观明显。
2、建立联合仿真模型
在CarSim中设置的车辆仿真参数如表1所示。定义了SUV车辆制动前系统的一些仿真参数,如初始车速和开环的节气门开度,制动压力的变化过程,转向系统和闭环控制转向位置以及其它额外数据等[8]。
整车在冰面的滑移率s计算的准确性将直接关系到整个仿真正确性,滑移率的定义公式为:
式中,v——车轮中心的速度(m/s);r—一车轮的滚动半径(m);ω——车轮转动角速度。并且定义车轮纯滚动时,s=0;纯滑动时,s=100%。
车辆在紧急制动工况下,整车的运动状态需要通过车速以及车轮转速来确定,而这两个参数值与车轮的制动状态相关,即由车轮上制动液压缸的工作状态最终决定。因此,在CarSim与Simulink建立联合仿真模型后,输出至Simulink模型中的变量依次定义为:Vx＿L1 (左前轮速/(km/h))、Vx＿R1(右前轮速/(km/h))、Vx＿L2 (左后轮速/(km/h))、Vx＿R2 (右后轮速/(km/h))、Vx＿SM (汽车质心处的速度/(km/h))、Pbk＿Con (主缸压力的控制输入/MPa)。在Simulink中设置车辆制动过程中ABS控制策略,结合控制程序运行仿真过程,从而得到紧急制动过程中整车的运动状态,整车联合仿真模型如图3所示[9,10]。在制动过程中车轮受到液压缸产生的制动力矩,要防止车轮抱死,即控制该制动力矩的数值变化。
3、仿真结果
利用CarSim建立的4轮SUV整车动力学模型,与Simulink建立的防抱死制动的控制策略相集成,组成一个联合仿真模型。联合仿真测试的具体图形及曲线如图4～图8所示。
图4中反映出装有防抱死装置的车辆在制动情况下行驶路径有稍微偏移,但不影响安全行驶,而无ABS的SUV突遇紧急制动时会出现滑移,易出安全事故。
从上图可以看出,有无防抱死装置对于车辆质心的速度有很大的影响作用,无ABS装置的车辆在制动时会在摩擦分离路面上产生滑移,反映到曲线上就是车辆质心的速度包括各个轮胎是上下跳动,呈非线性降速,导致汽车无法操纵,同时稳定性较差,极易出现安全事故;而加装防抱死装置的汽车在制动情况下车速均匀变化,几乎成线性减速,车辆的操纵稳定性较好,是我们需要的制动情况下的工况。
图6中反映出制动过程中有ABS时车辆的横移角速度几乎变化不大,无防抱死装置时车辆横移角速度最高可达150deg/s,当然该值随着制动时车速的变化而变化。
图7反映出有ABS时车辆制动时车轮轮胎的侧偏角在4～5度之间,这是由于仿真测试时左侧车轮与右侧车轮行驶路面的附着系数不同(冰面和正常路面),车轮侧偏角会有稍微变化;而无防抱死装置从开始制动车轮侧偏角就一直在变化,最大可达到将近90度,从而反映出无ABS的车辆紧急制动时已经失稳,操纵性较差。
上图反映出有ABS时车辆制动过程中偏移原始路径的位移很小,几乎是一条直线,而无防抱死装置的车辆制动时出现滑移,偏离正常行驶路径达到6米,反映出汽车已经严重偏离行驶路面。
结合两个软件联合仿真得到车辆在紧急制动工况下车速、横移角速度、侧偏角以及偏移位移等参数的变化曲线,数据表明在无防抱死系统时SUV制动条件下的操纵稳定性变差。
4、结论
本文通过CarSim和Simulink联合仿真实验方法,在实验室环境下模拟有ABS和无ABS两种SUV在对开路面的紧急制动过程,得到影响操纵稳定性的多个参数变化曲线,对比分析这些曲线证明,有ABS相对无ABS对车辆操纵稳定性有极大的改善作用。
同时,本文用到的软件联合试验仿真手段,客观性地评价了车辆操纵稳定性,同时还能模拟侧滑、侧倾等危险工况,相对于道路测试车辆操纵稳定性,不仅节约了时间和金钱成本,而且测试重复度更好,总体看来,仿真分析具有实用性价值,为进一步研究汽车动力学性能提供了有效的研究手段。
参考文献
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[10]赵六奇,金达锋.车辆动力学基础[M].北京:清华大学出版社.2006.
车辆稳定系统 篇2
本系统为提高其混凝土生产管理效率，采用射频识别技术进行车辆的运输管理，使用硬件为Siemens的RFID660。车辆管理作为混凝土搅拌站日常生产管理的一个重要组成部分，对于搅拌站的正常运营起决定作用，车辆安排的好坏能直接影响混凝土搅拌站的生产运营成本。作为车辆的传统管理方式：计划调度员根据施工工地的生产计划、现场反馈信息，进行搅拌站混凝土生产计划制定，安排混凝土运输车辆进行工地运输；计划调度员应随时了解每辆车的运输情况、运输路线、运输时间、排队信息等繁杂的信息，与计划员的管理经验有很大关系，且容易出错，不利于控制；如采用RFID射频识别技术进行车辆的管理，将把计划调度员从繁杂的信息中解放出来，减少车辆安排的出错机率；每台车辆进入搅拌站后，自动刷卡排队，混凝土生产根据车队队列自动调用车辆，车辆离开搅拌站后再次刷卡记录运输工地、方量、离开时间等信息；车辆运输完成后回到搅拌站再次刷卡，如此循环，减少在车辆管理中人的不稳定因素的影响。
400-618-2028
四轮转向车辆的操纵稳定性分析 篇3
以改善低速操纵灵活性和(或)高速行驶稳定性为主的四轮转向(four wheel steering,4WS)系统在20世纪80年代得到迅速发展,其中日本的Honda、Mazda、Nissan和Mitsubishi等汽车公司都推出了4WS车辆[1]。4WS控制方法 是通过调 节轮胎的侧向力来控制车辆的运动,但当侧向加速度超过0.4g时,轮胎侧向力趋近饱和状态,车辆进入了非线性工作区域[2],因此,可用0.4g的侧向加速度来界定4WS系统的有效工作区域。
针对4WS的控制算法研究一直在进行,从最早的基于车速的定比例前馈控制[1,3],到具有横摆角速度的反馈控制[1,3],再到基于现代控制理论的最优控制、基于H2、H∞、μ综合理论及滑模变变结构的鲁棒控制[4,5],最后还有 基于模糊 理论、神经网络理论的非线性控制[6,7]等,都有许多研究成果。但是,目前在4WS控制上还存在一些不足:1对后轮转角的范围没有明确界定;2很少顾及4WS系统的有效工作区域;3过于强调控制的鲁棒性而 忽视控制 的实用性。 本文着眼 于4WS车辆操纵稳定性的理论分析,以线性二自由度车辆模型为基础,以两种典型的控制算法为例, 从理论上对4WS车辆的特性进行研究。
1四轮转向的理论分析
研究和实验都证明,采用线性二自由度模型设计4WS控制器是合理的[8]。为了使公式具有统一的表达形式,设整车质心到前轴的距离为正, 到后轴的距离为负,则线性二自由度模型[9]可以写为
式中,m为整车质量;u为车辆纵向速度;L1、L2分别为整车质心到前轴和后轴的距离,则轴距为L1-L2;C1、C2分别为前轴和后轴的轮胎侧偏 刚度(左右轮胎 侧偏刚度 之和,均为正值);Iz为整车的横摆转动惯量;δ1、δ2分别为前轮和后轮转角,规定左转 为正,右转为负;β为质心侧 偏角;r为横摆角速度。
对式(1)进行Laplace变换并化简可得
对P1进行分析,可知
定义um为转折车速:
车辆的稳态侧向加速度为
以0.4g的侧向加速度来界定4WS系统的有效工作区域,由式(6)以及转向时侧向加速度大于零的条件可得后轮转角范围为
式(7)给出的后轮的最大转角范围并没有考虑具体控制算法,当考虑具体的控制算法时,后轮转角将小于式(7)给出的范围。
车辆稳态质心侧偏角为
车辆稳态横摆角速度为
以上分析同 样适用于 传统的前 轮转向 (FWS)车辆 (令δ2=0)。 以相同的 前轮转角 δ1(δ1>0)作为输入,当u≤um、δ2<0时,即车速小于转折车速、后轮与前轮逆相位转向时,由式 (7)~ (9)可见,4WS相对于FWS减小了车辆的质心侧偏角,增大了稳态横摆角速度和侧向加速度;u>um、δ2>0,即车速大于转折车速、后轮与前轮同相位转向时,4WS同样可减小车辆的质心侧偏角,同时降低横摆角速度和侧向加速度。 此特性不依控制算法而改变,反映了4WS系统的本质特性。另外需要指出的是,高速时后轮采用逆相位转向会使侧向加速度严重滞后[1,10],车辆容易出现急转现象。后轮与前轮逆相位转向或者同相位转向时仅能定性地分析稳态质心侧偏角及横摆角速度的变化,若要定量分析,则必须考虑具体的控制算法。 下面给出两种典型的控制算法,进一步讨论4WS系统的特性。
2两种控制算法的稳态分析
根据式(8),以稳态零质心侧偏角为目标设计后轮转角(称为算法一),可得
将式 (10)进行Laplace变化后分 别代入式 (2)和式(3)中,可得质心侧偏角及横摆角速度对前轮转角的闭环传递函数为
算法一实际上以车速及前轮转角作为变量来计算后轮的转角,并未考虑车辆的状态,当增加横摆角速度反馈后可设计出下面的算法二。
将式(1)的质心侧偏角微分方程重写为
令式(13)的质心侧偏角及其变化率都为零, 则可得后轮转角为
将式(14)进行Laplace变换代入原车辆方程式(2)和(3)中可得质心侧偏角及横摆角速度对前轮转角的闭环传递函数为
由式(12)和式(16)可知,两种控制算法稳态时的横摆角速度和侧向加速度均分别为
以0.4g的侧向加速度来判定车辆是否工作在线性区域,结合式(4)与式(18),可得出后轮转角的范围为
可见,两种控制算法稳态时的横摆角速度和侧向加速度是相同的,印证了4WS系统的稳态特性是不依控制算法的改变而改变的。两种控制算法的不同之处在于瞬态过程。
3四轮转向仿真分析
3.1特征根分析
车辆参数如表1所示。
系统的特征根反映了车辆转向的稳定特性, 当采用算法一时,特征多项式如下:
而当采用算法二时,特征多项式变为
车速由5km/h增至200km/h时,两种控制算法下特征根的分布如图1所示。
由图1可见,两种算法的特征根都在负半轴,即系统是稳定的。图1中箭头方向代表速度增加方向。对于算法一,低速时具有负实根,高速时具有一对共轭复根,即当车速从低速增至高速时,车辆由过阻尼系统转变为欠阻尼系统。 对于算法二,车辆一直处于过阻尼状态。
3.2稳态转向分析
图2是稳态侧向加速度小于0.4g的前提下, FWS和4WS前轮转角的界限曲线。两条曲线交点对应的车速为转折车速,um=42km/h。可见, 当u>um时,4WS的界限值大于FWS的界限值, 即较大的前轮转角才能使4WS系统进入非线性区域。
由图3可见,随着车速的增大,后轮转角由逆相位转向逐渐转变为同相位转向。为了保证高速情况下车辆都工作在线性区域,后轮最大转角就应该小于2.7°。
1.δ1=0° 2.δ1=1° 3.δ1=2° 4.δ1=3° 5.δ1=4°
由图4可见,对于FWS,随车速增大,侧向加速度迅速增大。而对于4WS,只要前轮转角输入小于3°,整个车速范围内车辆的侧向加速度一直都小于0.4g。可见较小的后轮转角介入,便可将车辆线性工作区域的车速提高。
1.δ1=0° 2.δ1=1° 3.δ1=2° 4.δ1=3° 5.δ1=4°
由图5可见,当u≤um时,4WS的横摆角速度大于FWS的横摆角速度,即表明当驾驶员以相同的横摆角速度进行转弯时,4WS下驾驶员对转向盘的输入转角要比FWS时小;当u>um时,情况相反,即驾驶员需多打转向盘来完成转向。
1.δ1=0° 2.δ1=1° 3.δ1=2° 4.δ1=3° 5.δ1=4°
图6给出了前轮转角为2°时,考虑轮胎侧偏角时的汽车转弯半径。可见,低速时4WS车辆的转弯半径小,从而提高了低速时的机动性,而高速时转弯半径大,即采用了同相位转向,提高了高速时的稳定性。
3.3角阶跃输入下的瞬态分析
首先分析4WS时算法一的瞬态特性。 采用前轮零时 刻角阶跃 作为输入,将式 (12)进行Laplace反变换,可得到算法一关于横摆角速度的二阶振动微分方程:
其中,固有频率ω0和阻尼比ζ分别为
同理,将式(16)进行Laplace反变换,可得到算法二关于横摆角速度的二阶振动微分方程为
其中,固有频率ω0和阻尼比ζ分别为
可见,两种控制算法的固有频率和阻尼比是不同的。
横摆角速度达到且不再超出稳态值的容许误差范围(稳态值95%~105% 之间)的最短时间τ 称为稳定时间。 从图7中可以看 出,当u≤um时,4WS控制算法一的稳定时间与FWS的稳定时间基本相同,而当u>um时,4WS控制算法一的稳定时间远大于FWS的稳定时间,其原因是同相位转向使横摆运动响应速度减小。 三者相比, 4WS控制算法二的稳定时间最 短。原因由图8可见,后轮先进行逆相位转向,使之快速响应转向盘输入,加快横摆运动,使稳定时间缩短,然后立刻转变为同相位转向,以提高车辆的操纵稳定性。
3.4频率响应特性
由图9可见,低频时,4WS算法一和算法二的横摆角速度增益比FWS的横摆角速度增益要小得多,即高速时后轮采用同相位转向,横摆角速度明显下降。相比来看,算法二的共振频率点较高,所以其对应的通频带较宽,从而保证了必要的反应速度。从相频图上来看,4WS算法一的相位滞后略大于FWS的相位滞后,其原因依然是高速时后轮直接进行同相位转向,减小了横摆响应速度。算法二相频特性的绝对值较小,所以其转向失真度较小。图10中给出的侧向加速度频率响应与横摆角速度有着相似的特性,不再赘述。
4结论
(1)后轮于转折车速前的同相位转向和转折车速后的逆相位转向提高了4WS车辆的低速机动性和高速操纵稳定性。以轮胎工作在线性区域为前提,给出了4WS后轮转角的范围,后轮转角不宜过大。
军队车辆管理系统 篇4
方案介绍
军车使用项目管理作为公路军事交通运输勤务工作的重要组成部分，是部队军交运输部门贯彻战斗力标准，达到运输目的，保障部队行动的重要因素，无论是平时还是战时，其地位和作用日显重要。研究军车项目管理的特点、规律与管理创新，对于圆满完成各项车辆保障任务，积极做好军事斗争准备工作，具有现实的紧迫性和重要性。随着军队现代化建设的发展，部队对车辆保障的实际需求量越来越大，加上使用管理不力和消费观念的超前，使车辆使用量逐年增加，如何有效管理军车出勤管理成为一个重要议题。把车辆使用消耗控制在合理水平上，不仅是缓解车辆使用供需矛盾，控制车况变化的重要途径，也是强化管理，提高效益的重要环节和有效措施。针对目前军车管理方面出现的一些弊端，北京创羿科技公司研发了军队车辆管理系统。该系统利用RFID无线射频技术对出勤车辆进行跟踪定位及入库管理，一定程度上提高了管理效率。
系统拓扑图
系统原理
具有全球唯一ID识别码，具有不可仿制性，能够以电子信息的形式承载车辆本身的基础信息和监控信息，只有军队车辆管理处的业务管理系统方能对此信息进行读写，可有效杜绝行驶证伪造、篡改的可能性,在技术上具有一定的先进性。本系统能够实现对本地军车的自动化监控，如车辆外出跟踪定位及车辆入库管理等功能，大大降低了管理人员的工作量，提高了工作效率。
该系统采用一套自动车辆位置系统，利用北斗、GPRS技术识别离开车库出勤的车辆，实时监视车辆位置，追踪它们是否遵循各自的线路安排。在每辆军车的车顶都安装一个有源电子标签，标签以每秒 4 次的速率发送其唯一 ID 码。当标签的内嵌感应器检测到车辆处于静止，标签进入休眠状态，停止发送信号，从而延长标签内部电池的寿命。然后在车库内安装了多个 RFID读写器，这样多个子属设备可接收标签信号，通过电缆以太网联连发送信息到一个中央主节点，后者接着根据多个读写器信号的强弱及信号接收角度，计算各个标签的位置。系统通过另一个电缆连接将这些数据发送到wap网络服务器，那里软件接收和编译读写器信息，在一张地图上显示各车辆的位置。计算出车辆停放的车道及其位置。软件也将 ID 码与车辆信息相对应，如尺寸、引擎类型、维修历史等其它信息。另外，这套系统还可以让了解车辆离开和返回车库的时间，确认司机所汇报时间的正确性。
当装有2.4G射频卡的车辆进入大门时，就会自动发出信息，这时附近的读卡就读到卡的信息，读卡器把读到信息发到系统中心进行核对。当车辆和信息正确，这时通过摄像机拍回来的照片进行车牌号的核对，要这这两个个都准确，系统中心给控制器发信息，让门打开；反之，门打不开。
要是没有携带2.4G的射频卡要进入是联系保安进行刷卡。这时摄像机拍下车的照片，把车的信息和照片的信息发到系统中心。
产品介绍
创羿科技CY-RZGG-205读写器北斗+GPRS+网卡就是在标准版的基础上增加了RJ45网卡、GPRS、北斗等数据传输技术，大幅度提高了产品的性能。支持标准的工业级RS-232、RS-485串行接口，有效识别距离可达1500m，最高识别速度可达200公里/小时，同时识别 200 张标签。该产品具有性能稳定、工作可靠，信号传输能力强，使用寿命长等优势。
CY-RZGG-205读写器产品图片
创羿科技CY-TAR-200电子标签结合世界先进的生产设备和大规模生产的工艺艺术，是一款性价比高的RFID电子标签产品。该产品融合了RFID射频领域和数字技术中的多种领先科技，采用独特的软件无线电技术、微功耗技术、防碰撞技术、应答协议、局域激活的空间访问技术等专利组合。其稳定的性能和广泛的应用得到了大多数用户的赞赏。
CY-TAR-200电子标签产品图片
创羿科技CY-RTK-102车载跟踪器是GSM与北斗技术的完美结合。精密的尺寸和简洁的外观，及顶级的工艺。是通讯产品和GPS跟踪器结合的典型设计。它是一种灵巧尺寸、高精确度的远程定位设备。在GPS卫星的基础上，在动态的条件下提供给您精确无误的位置信息。个人远程定位装置发射经、纬度坐标到授权手机。您可以利用这些特征来保护和寻找老人和小孩。而且，您可以使用他作为安全目的及其它目的诸如需要远程定位来保护财产安全和动物跟踪。
CY-RTK-102车载跟踪器产品图片
软件介绍
业务管理系统是用来管理、维护、修改、查询、删除及打印由发卡管理系统生成的RFID军车行驶证,是系统升级、RFID军车行驶证信息变更的一个软件平台。为用户提供有效的管理措施和手段，可以对所有车辆的基本信息和过往信息进行管理、操作、维护，以及人员管理和其他管理。在一台计算机屏幕上，软件显示的一个平面图展示了车辆的位置和状态，蓝色按钮指示车辆属于其它车库，灰色按钮表示车辆已被分配到一条路线，板手按钮表该车要求或目前在接收维修。如果用户移动鼠标到一个按钮，系统显示这辆车的详细信息，如尺寸和特性。
示意图
车辆北斗定位原理示意图
系统功能
1、车辆管理系统的软件构架
车辆系统总体的流程如图车辆管理系统的软件架构图所示。
2、车辆管理系统功能介绍
1，发卡功能：对于要用于汽车上的微波识别卡要先进行新卡注册并写入数据（车牌号、车型、有效期等）到卡中，否则该卡不能使用，注册内容包括卡号、车型、缴费月数、车牌、单位或姓名、联系电话；其中单位或姓名、联系电话可以不输入。2，计费功能：根据计费规则计费。
3，注销、冻结、挂失、解冻功能：要求可以按输入的卡号，对该卡进行注销、冻结、挂失、解冻的操作。
4，查询功能：要求能够对注册的卡信息、缴费情况、过车信息、临时卡过车及缴费按照给定查询条件查询出结果，并可将查询结果打印。
5，统计功能：要求能够对注册的卡信息、缴费情况、过车信息、临时卡过车及缴费按照给定统计条件统计出结果，并可将统计结果打印。
6，报表打印功能：要求根据查询和统计条件将得到结果打印输出，并能对打印机及打印条件（如：纸张、页面、份数、页数）进行设置。
7，代码维护功能：对将来可能发生变化的基础数据能够进行维护，灵活调整收费金额及出入口名称，维护的内容包括增加、删除、修改。
8，数据库维护功能：可对数据进行维护，数据维护是指对保存在系统数据库中的数据进行维护，维护内容包括数据备份、删除历史记录。
9，自动维护功能：自动维护，要求系统能够及时自动对卡信息进行维护，即及时将过了有效期限的卡进行注销。
10，系统维护功能：系统维护主要完成有关系统安全方面的功能，包括添加和修改系统管理员的用户名称及密码。
11，系统安全：为了能够使系统安全正常地运行，对可能引起系统混乱的操作必须由专人负责进行操作，为了达到此项要求，必须对操作人员进行必要的操作限制，限制的手段主要通过使用系统维护密码和用户名称的方式来实现。
结束语
射频识别卡已经成为21世纪全球自动识别技术发展的主要方向。2.45G RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。
车辆稳定系统 篇5
1 车辆稳定性控制策略
车辆稳定性研究的同时不仅要考虑到横摆运动、纵向运动和Z轴转动惯量同时还应该要注意其车身、传动系、前倾运动和侧倾运动等对车辆转向的影响。全面分析车辆稳定性控制因素, 确保车辆稳定性正确研究的方向。车辆稳定控制系统除了轮速传感器, 还包括了方向盘和车身横摆传感器。为了方便在实际应用中安全合理控制, 文中控制系统在设置时, 采用了制动踏板信号和节气门开度信号。控制系统在研究过程中会将实际横摆角速度和理想横摆角速度进行对比和分析, 力求保证其高效控制系统的安全性能和优化配置。横摆角速度和理想角速度的矢量方向要保持一致, 主要是为了保证稳定系统开启不受其他因素的影响, 确保其稳定性分析结果的准确性。同时也是为了防止在实际运行过程能够保证其人身安全, 不出现意外事故。以下是稳定控制示意图主要是针对实际横摆角度和理想横摆角度出现大的误差值时, 设定某个阀值, 并启动后轮差动制动:
1) 稳定控制系统开启之后, 如果检测到的节门位置传感器输出的电压在2.5V~4.5V之间, 这种情况下就说明了驾驶员会加速行驶, 车辆驱动轮两侧的大小需要启动驱动分配系统的子系统控制程序作出相应的调节。为了减小实际横摆角速度和理想横摆角速度之间存在的误差值, 使得实际横摆角速度接近于理想横摆角速度, 主要是通过总驱动的百分比来调节, 保证驱动力分配平衡。采取的有效方式是阶梯式能够增大一侧的驱动力, 然后相应地减少另一侧的驱动力。如果横摆角速度比设定的某阀值大, 为了保证稳定系统的有效控制就需要将节气门关闭。同时为了恢复横摆角速度正常运行, 需要对车辆的4个轮进行差动制动;
2) 同样是稳定控制系统开启后, 如果横摆角速度大于设定的某阀值, 就要将4个车轮同时进行调节。调节过程中会有两种现象, 一种是转向不足, 这种状况需要根据对前轮的转角进行判断, 然后再确定前轮和后轮是否可以同时进行制动调节。另一种是转向过度, 这种情况下一般是前后轮同时进行制动。如果在稳定系统开启后, 检测到的制动踏板被踩下, 就需要开启差动制动, 然后对横摆角速度进行跟踪控制, 但是要注意只能对两个后轮进行调节。如下图中的稳定系统控制策略流程图, 图中T1代表的是差动控制动时, 横摆角速度阀值, T2代表的是驱动分配时, 横摆角速度阀值。
2 车辆稳定控制仿真分析
车辆稳定控制仿真主要采用的是动力分析建立ADAMS或是Car全功能, 多体动力学的模型, 其模型的建立主要是为了便于车辆稳定系统控制更是的研究和分析, 减小实际横摆角速度和理想横摆加速度之间的误差, 让实际横摆角速度更接近于理想横摆角速度, 实现最优化的稳定系统控制。
其模型的建立包括发动机、转向系、车身、轮胎等子系统的设置。根据建立的模型在控制算法过程中主要是针对制动力分配控制和驱动力分配都需要在Simulink (联合仿真控制模型) 中实现其控制算法, 如下图车辆稳定控制系统仿真图所示, 车辆联合仿真控制模型的参数轴距是1.014m+1.676m, 横摆转动惯性量是2741.9kgm2, 车宽控制在1.988m, 整体的车辆质量是1527kg, 质心高控制在0.542m。
根据上述仿真结果进行分析, 车辆仿真工况主要分为两种:一种是车辆高速超车, 另一种是紧急避障。其在实验过程可以将两种工况看作为急促线行驶车辆仿真, 其实验过程中的主要参数其车宽为12m, 车辆速度控制在140km/h, 车辆在运行过程中要从左侧移线进入通道口, 其车辆的行驶速度要保持不变。如下图分析:
从上图曲线分析结果可以看出, 其曲线主要表现的是车辆稳定控制系统没有开启时的横摆角速度的变化图。从图中还可以看出在车辆进入第一个弯道时, 车辆的前轮速度基本控制的比较好, 在路面上的侧向力能满足运行稳定控制系统。
但是在进入第二个弯道时, 就出现了紧急状况, 其控制系统胳臂启动开, 经过调节两侧驱动轮的扭转距离, 然后对其转向进行合理的控制, 保证其稳定运行。其控制效果主要是在模型建立的同时设置了一个附加的横摆转矩, 一定程度上减小了横摆角速度的运行。
车辆在行驶过程中, 遇到弯角时运行极不稳定, 是没有启动稳定控制系统, 后轮在急速转向的同时与地面发生了比较大的摩擦, 如果在实际车辆行驶中会造成一定的故障问题。
摘要：社会经济的飞速发展, 现代化城市的不断扩大, 汽车的使用也逐渐普遍进入人们的生活中。目前我国对汽车制造过程中如何更高效的控制其稳定性问题比较关注, 本文主要探讨的问题是汽车横摆力矩分配车稳定性的控制研究策略, 并且在高速急刹车的同时可以采用驱动力分配方法提高加速超车和紧急避障时操纵的稳定性。
关键词：车辆稳定控制,横摆力矩,横摆角速度
参考文献
[1]余卓平, 高晓杰, 张立军.用于车辆稳定性控制的直接横摆力矩及车轮变滑移率联合控制研究[J].汽车工程, 2006 (9) .
[2]罗虹, 张立双, 来飞, 陈星.采用横摆力矩优化分配方法的车辆稳定性控制系统[J].重庆大学学报, 2010 (10) .
[3]皮大伟, 陈南, 张丙军.基于主动制动的车辆稳定性系统最优控制策略[J].农业机械学报, 2009 (11) .
车辆稳定系统 篇6
关键词：三轴车辆,Matlab/Simulink,横摆力矩控制,转向制动
车辆的行驶稳定性问题在两轴民用车辆上备受关注。德国奥迪汽车研究所的统计数据表明, 汽车转向失稳是交通事故产生的最主要原因, 其中车辆侧滑失稳引发的交通事故比例最高[1]。相关研究指出:七座以下的民用汽车所发生的重大安全事故中, 超过百分之八十是由于车辆发生的侧滑或侧翻[2]。转向制动工况中, 往往伴随着车辆的侧滑与侧翻的现象。三轴轮式装甲车辆由于其单轴载荷大, 轴距短, 车身结构紧凑更加造成了其容易失稳的特点。
Matlab/Simulink是一种较为成熟的建模与仿真工具, 多用于复杂系统的仿真, 可以采用可视化模块, 避免了代码编写的复杂工作, 由系统整合进行数值计算, 可将系统模型最大限度地模块化, 便于修改。本文的横摆力矩控制模型是基于我军现装备的某三轴轮式装甲车辆模型设计, 通过对车辆横摆力矩的观测, 拟定控制策略, 使车辆达到最佳控制状态, 使车辆能够在转向制动中保持稳定而不失稳。
1 车辆动力学仿真模型
为了得到一个仿真的基础, 本文建立了包括车辆纵向, 侧向, 横摆以及六个车轮转动的9自由度车辆模型[3]。
1.1 整车模型
在计算车辆行驶中各项参数时选取固结于车身的坐标系, 则各方向运动方程:
纵向运动:
侧向运动:
横摆运动:
车轮动力学方程:
各式中Vx表示车辆纵向速度;Vy表示车辆侧向速度;γ表示车辆横摆角速度;δi (i=1, 2) 表示车辆前两轴轮胎转角;a, b, c表示质心到前、中、后轴的距离;Bf, Bm, Br表示车辆前、中、后轴轮距;m表示整车质量;Iw表示车轮转动惯量;ω表示车轮角速度;Fxi, Fyi (i=fl, fr, ml, mr, rl, rr) 分别表示车轮的纵向力和侧向力;Iz表示车辆绕Z轴的转动惯量;Tbi表示车轮的制动力矩;Rw表示车轮的有效转动半径。
1.2 轮胎模型
由于Dugoff轮胎模型可以较好地反映轮胎的非线性特性, 本文采用半经验模型中的Dugoff轮胎模型[4]。
式中, Kλ, Kα分别表示轮胎的纵向刚度和侧向刚度;Fx, Fy分别表示轮胎的纵向力和侧向力;Fz表示轮胎的垂直载荷;λx表示轮胎的纵向滑移率;α表示轮胎侧偏角。
1.3 制动器模型
车辆制动时, 制动系统内的压缩空气经过制动阀进入制动气室工作腔, 促使制动推杆运动, 制动调整臂和制动凸轮随即运动, 推动制动蹄压靠制动鼓产生摩擦力作用, 实现整个制动过程的力矩输出[5]。
气压制动系统中, 根据制动气室充气、放气过程的物理方程建立模型, 压力变化值Δp可表示为:
式中C为修正系数;K为绝热指数;pup为制动气室入口上游压力;Amin为制动气室入口最小截面积;Vp为制动气室容积;R0为气体常数;T1为制动气室绝对温度。
可以得到制动器制动力矩可简化为数学模型:
式中, kbfi为制动器制动效能因数;pi为制动气室内气体压力;Abi为制动气室内膜片有效工作面积;Lsi为调整臂有效长度;rcami为制动凸轮基圆半径;rbi为鼓式制动器有效半径;ηci为机械传动效率。
2 车辆转向制动控制系统设计
本文设计了一个横摆力矩控制系统以保证车辆在转向制动中的稳定性。该系统的控制原理是通过比较车辆实际的横摆角速度和质心侧偏角与理想驾驶状态的横摆角速度和质心侧偏角的差值, 计算出附加横摆力矩, 通过控制车轮的制动力矩来达到控制横摆力矩的目的。
2.1 ABS控制器模型
为了保证车辆在转向制动工况中不发生车轮抱死的情况, 首先引入ABS控制系统。本文采用通用的ABS控制策略, 以滑移率和车轮加减角速度为控制参数对ABS系统实时控制。控制时设置门限值为-a0, -a1, A, s1, s2, 分别表示车轮最大角减速度, 车轮角加速度调整值, 车轮最大角加速度, 滑移率控制上下门限值[6]。具体流程图如图1所示。
2.2 横摆力矩控制器设计
由于横摆角速度能够反映车辆的稳定状态, 质心侧偏角可以反映车辆的行驶轨迹, 因此本文的横摆力矩控制器的控制变量为横摆角速度和质心侧偏角。模糊控制是现代控制中运用较多的控制方法, 由于其对模型没有较高的精确性要求, 又具有较好的人机交互界面和自学性, 因此本文选择模糊控制方法。
2.2.1 上层控制器设计
控制器选取车辆行驶中的实际质心侧偏角β与经过参考模型计算得到的名义质心侧偏角β0的差值β-β0和车辆的实际横摆角速度γ与经过参考模型计算得到的名义横摆角速度γ0的差值γ-γ0作为模糊控制器的输入变量, 两个变量分别用符号e (β) 和e (γ) 来表示:
横摆力矩控制的执行器通过产生附加横摆力矩进行控制, 因此输出变量为附加横摆力矩ΔM。
二自由度车辆模型最能够反映驾驶员期望的驾驶状态, 因此参考模型选取二自由度模型。
二自由度的微分方程为:
前轮转角δ1和中轮转角δ2近似呈线性关系, 可以令δ2=kδ1。车辆稳态响应时, 横摆角速度为一定值, 令横摆角加速度和侧向加速度ay都为零, 通过分别消去β和γ可得车辆稳态横摆角速度和质心侧偏角为:
2.2.2 下层反馈器设计
由于转向制动工况往往使车辆处于较为危险的状态, 需要使车辆尽快恢复稳定, 因此选用单侧车轮制动的方式来提供制动力矩, 进而产生横摆力矩。
以制动左侧三个车轮为例, 产生的横摆力矩与车轮所受纵向地面制动的关系为:
控制同侧车轮制动时, 各轮制动器的压力相同, 附加制动力大体相同, 由此附加横摆力矩与附加地面制动力的关系可以表示为:
式中Fxb为近似附加地面制动力。对于单个车轮的转动模型公式 (4) , 可得:
通过联立可得制动气室压力调节信号与附加横摆力矩的关系:
所得的制动气室压力变化量Δpij可以通过控制系统直接反馈到制动器使车辆指定车轮产生制动力, 进而产生附加横摆力矩, 达到控制的目的, 制动规则如表1所示。
2.3 ABS系统与横摆力矩控制器协同控制
装备ABS系统的车辆在转向制动过程中, ABS控制器会工作以保证在制动过程中车轮的滑移率维持在一个使地面能够提供最佳制动力的状态。在制动过程中, 转向的发生有可能导致车辆的行驶偏离驾驶员期望状态, 因此横摆力矩控制系统也会工作, 这时出现了两个控制系统共同工作的情况。由于所设计的横摆力矩控制器和ABS控制器都对制动器的制动气室压力进行控制, 因此会出现信号重叠的情况。车辆在制动的前提下转向时, ABS系统起作用时已经率先制动气室充压, 横摆力矩控制系统无法继续给相应的车轮充压, 车辆在转向中进行制动时, 也会优先保证制动车轮不发生抱死, 因此在横摆力矩控制和ABS系统协同控制时, 横摆力矩控制系统考虑对制动的目标车轮的对侧车轮进行减压操作, 规则如表2所示。
3 三轴轮式装甲车辆转向制动工况对比仿真
本文运用相图法对横摆角速度、质心侧偏角和侧偏角速度进行描述来判定车辆的行驶状态稳定性判定[7]。相图中如果代表车辆状态的曲线分别在横摆角速度-质心侧偏角相图和质心侧偏角-侧偏角速度相图中的矩形区域和带状区域内则表示车辆是稳定的, 曲线离开了该区域就意味着车辆会发生失稳。
设定仿真路面条件为附着系数为0.8的平直路面, 车辆前轴转角为10°, 初始车速分别为20 km/h, 40 km/h和60 km/h。仿真开始经过1 s后给定车辆前轴车轮角阶跃脉冲, 再经过0.5 s后车辆开始制动。
图2和图3分别表示该车辆在速度为20 km/h时, 车辆无控制、ABS系统控制和ABS系统与横摆力矩控制系统联合控制的γ-β相图和相图。如图所示, 车辆在该速度和前轮转角下, 没有发生失稳现象, 能够保持稳定状态, 装备ABS系统和无控制系统的车辆虽然没有失稳现象, 但由γ-β相图看出, 无控制系统作用的车辆处于即将失稳的临界状态, 也存在一定安全隐患。
图4和图5分别表示该车辆在速度为40 km/h时, 车辆无控制、ABS系统控制和ABS系统与横摆力矩控制系统联合控制的γ-β相图和相图。可以看到在该速度下, 无控制系统的车辆和仅有ABS系统的车辆不能够保持稳定, 出现了失稳情况, 而车辆的联合控制系统可以维持良好的车辆行驶状态。
图6和图7分别表示该车辆在速度为60 km/h时, 车辆无控制、ABS系统控制和ABS系统与横摆力矩控制系统联合控制的γ-β相图和相图。在该速度下, 无控制系统的车辆和仅有ABS系统的车辆出现了失稳情况, 而且失稳现象比较严重, 而联合控制车辆在相图显示中虽然也出现了临近失稳边界的情况, 但是还是通过修正使车辆维持在了稳定区域中, 可以达到控制车辆转向制动稳定性的目的。
4 结论
本文利用Simulink搭建了9自由度的整车模型、Dugoff轮胎模型和制动器模型。基于转向制动工况中容易出现的失稳现象设计了横摆力矩控制器, 并拟定了与引入的ABS系统协同作用时的控制策略, 通过仿真分析得到了所设计的联合控制系统能够较好地使车辆在转向制动工况中维持一个稳定的状态而不发生失稳。证明了该系统的有效性与可行性, 为下一步ECU的设计与在实车上的实验打下了理论基础。
参考文献
[1]Glaser H.Electronic Stability Program (ESP) , Audi Press Presentation[R].Lycksele.Sweden, 1996, 11:9-13.
[2]薛俊.基于差动制动和主动悬架侧翻预警与防侧翻控制系统[D].南宁:广西大学, 2013.
[3]余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社, 2012.
[4]张向文, 王飞跃, 高彦臣.轮胎稳态模型的分析综述[J].汽车技术, 2012 (2) :1-7.
[5]陈晴.三轴气压制动汽车防抱死与驱动防滑控制系统研究[D].长春:吉林大学, 2009.
[6]潘炜.ABS及自动变速箱的半实物仿真[D].大连:大连理工大学, 2004.
车辆监控导航系统 篇7
应用范围
1.专用车辆管理
用于金融、保险、物流、出租、公交等车辆的交通管理与监控调度;
2.交通信息服务
用于城市内各类车辆的交通诱导服务;
3.汽车黑匣子
能够采集记录汽车行驶的路线以及状态, 对于车辆特别是长途客、货运输车辆实施智能化管理。
技术特点
兼容多类不同的无线数据传输手段;内置嵌入式GIS-T;先进的路径规划与导航算法;先进的交通信息服务软件。
技术指标
中央处理器:时钟频率最高可达400 MHz;内存:标准内置32MSDRAM, 32MFLASH;磁盘存储:CF扩展槽, 标准配置32M存储卡;GPS定位传感器:并行12通道;初始定位时间:热启动小于10秒;冷启动小于30秒;定位精度:误差小于25 m RMS;速度精度:误差小于0.1 m/s;定位数据刷新频率:1Hz;最优路径规划时间:小于10秒;显示器 (可选配) :5"～7"TFT真彩色液晶显示器;分辨率320*240～640*480可选择;声音系统 (可选配) :内置8位立体声系统, 附带音频输出;电源:12VDC;储存温度:-25℃～70℃;工作温度:-10℃～55℃;主机功耗;小于5W;系统平均无故障时间:超过100 000小时。
此项技术属国内先进水平。
市场状况及市场预测及效益分析
车辆导航的发展和市场扩大随着日益增长的位置服务 (LBS) 需求和越来越低廉的卫星定位设备而急剧增长。以2000年为例, 车辆导航产品的产值为29亿美元, 约占GPS产品总值的35%左右。在日本, 1999年底装有导航系统的车辆持有量超过500万台。2000年日本的车载GPS导航仪产量达到200万套, 近些年来每年都以翻一番的速度往上增长。据权威机构预测, 全球至2005年车辆导航的产值达到50亿美元, 84%的新车均安装车辆导航设备。
合作方式
联合开发或技术服务。
单位:北京大学
地址:北京市海淀区颐和园路5号
邮编:100871
车辆稳定系统 篇8
近年来,车辆安全检测系统在城市轨道交通车辆段与综合基地中得到逐步的推广和应用,如北京地铁太平湖车辆段、万柳车辆段,杭州地铁七堡车辆段、宁波地铁、成都地铁、昆明地铁等。车辆安全检测系统可自动判别通过车辆的车轮外形几何尺寸、踏面平轮故障、受电弓滑板磨耗、中心线偏差和受电弓工作位接触压力等,同时实现车顶异物状况查看、受电弓磨耗及压力报警、车辆轴承温度监控、车轮状况自动判别、列车车号自动识别、运行方向、自动测速和自动计辆、计轴等功能。在地铁车辆段中,车辆安全检测系统一般包括轮对几何尺寸检测系统、车轮擦伤检测系统、车号识别系统、受电弓磨耗及中心线检测系统、受电弓压力检测系统、安防系统,其中在接触轨受电的线路上,不设受电弓磨耗及中心线检测系统、受电弓压力检测系统。
车辆安全检测系统在土建及各系统设计过程中,主要涉及站场、建筑、结构、通风空调、给排水及消防、低压配电与照明、通信、信号、轨道等专业,各专业之间的协调和匹配,称为技术接口。各专业只有加强协调,密切配合,方能使车辆安全检测系统设备顺利安装,运行安全、可靠,达到设备功能的最大化。
本文分析了车辆安全检测系统在土建设计时各专业的接口,以供参考。
2 车辆安全检测系统实物介绍
车辆安全检测系统要满足其功能需要在列车入库线上设置相应的检测设备及相关的基建部分,主要包括整体道床、检测棚、现场设备间及远程控制中心。检测棚、现场设备间、远程控制中心及安防系统的相互关系,详见图1所示。
整体道床、检测棚及安装的检测设备如图2所示。
现场设备间主要为车辆安全检测系统的控制室、配电室、主要负责检测数据的实时采集、数据处理、形成检测结果。现场设备间有条件时,应紧邻检测设备设置,条件困难时,到检测设备的距离应不大于20m。现场设备间如图3所示。
远程控制中心为车辆安全检测系统的终端,检测的数据及分析报告在远程控制中心实现下载、打印。远程控制中心一般设置在车辆段的调度中心。
3 车辆段安全检测系统的技术接口
3.1 与站场专业接口
车辆安全检测系统设备安装的轨道需要位于车辆出入段线的入段线上,安装处至少有60m长的平直线路,且列车的通过速度不大于15km/h,因此,车辆安全检测系统在设计时需提供设备安装线路的位置给站场专业。
3.2 与轨道专业接口
车辆安全检测系统安装位置需考虑20m的60kg/m钢轨线路,道床类型为整体道床。由于车辆段段内道床类型一般为碎石道床,钢轨类型为50kg/m钢轨,因此,在整体道床和碎石道床之间及60kg/m钢轨和50kg/m之间设置过渡段,过渡段的长度一般不小于10m。
另外,整体道床需考虑排水,道床两侧需设置排水沟;道床内需考虑各种管线的预埋及电缆沟。
3.3 与建筑专业接口
如前所述,车辆安全检测系统设备安装现场需设置检测棚和现场设备间。检测棚轴线尺寸:20m×6.0m,检测棚的净空需满足限界要求。设备间轴线尺寸:10m×3.0m,净空高于3m,墙面及顶棚作防尘处理,地面采用防静电活动地板,设备间地面预埋φ120mm镀锌管6根至整体道床电缆沟底(轮对及受电弓线缆用),埋设深度比附近地面低800mm,设备间设防盗门窗。建筑设计风格应与车辆段内大库统一。
3.4 与结构专业接口
轮对动态检测装置设整体道床20m×4.22m,整体道床两端设置过渡段各10m,整体道床及过渡段基础均按照在动载荷(轴重≤14t,速度=20km/h)条件下不开裂、不下沉。
整体道床上部设挡光棚,挡光棚需按当地最大风力考虑结构设计,立柱的基础在北方高寒地区应考虑增加防冻处理。
3.5 与通风空调专业接口
设备间需设轴流风机机械通风。
3.6 与给排水及消防专业接口
整体道床的排水沟应与室外给排水相接。设备间需设置洗手池1处,需考虑上下水设施。
3.7 与低压配电和照明专业接口
现场设备间需提供30kW/380V动力用电。各间设380V、220V/20A电源插座各1个,预留3相空调插座1个。各面墙设置220V/10A五孔插座各1个,共4个,20A/220V插座1个。设备现场要求制作系统接地,接地电阻不大于1Ω。
远程控制室应设远程监控室用电5kW/220V。防雷接地要求不大于4Ω。
3.8 与通信专业接口
现场设备间需设铁路直拨电话一部。现场设备间与远程控制室间需设6芯单模信号光缆两根,分别用于轮对检测和受电弓检测。
3.9 与信号专业接口
因探伤设备模块需要探伤钢轨连接并接地,要影响轨道电路和地铁列车的回流,因此探伤钢轨需屏蔽在外,探伤钢轨区域两端需设置绝缘接头。
3.1 0 与接触网专业接口
检测棚区段接触网高度为6000mm,内不允许安装吊弦;接触网与检测棚间的防护距离需符合铁路标准,检测棚两端各10m外设隔离开关。
3.1 1 与综合监控专业接口
安防系统需纳入车辆段整个安防系统,便于信息共享,统一管理。
4 界面划分
界面划分主要分析专业之间技术接口设计界面划分、车辆安全检测系统设备招标范围的的建议,供设计及设备招标时参考。
专业之间技术接口如图4所示。轨道专业与建筑专业的界面划分建议如下:平面上以整体道床及两侧排水沟(一般与电缆沟共用)范围即线路中心线两侧各2110mm范围为分界点,竖向上以整体道床下碎石垫层为分界点,线路两侧2110mm范围以内及整体道床厚度范围(包括该范围内的所有预埋管线、轨道支撑块)为轨道专业设计,以外为建筑专业设计。
车辆安全检测系统设备供货商供货范围的建议如下:车辆安全检测系统设备一套、负责60kg/m探伤钢轨的加工(钢轨可由车辆段轨道专业负责)、提供各检测模块预埋件、空气压缩机2台、控制柜3台、远程控制中心的液晶显示器、台式电脑、打印机。
5 结语
车辆安全检测系统是车辆段的一个重要设备,其在车辆段土建、系统的设计过程中,涉及专业众多,接口较复杂。本文分析该设备与车辆段各设计专业的接口,提出了设计时主要专业间的设备界面划分和招标范围的建议,仅供设计或设备招标时参考。
摘要：介绍了车辆安全检测系统的功能及组成,并分析了该设备在地铁车辆段土建、系统设计时与各专业的接口,提出了设计时主要专业间的设备界面划分和招标范围的建议。
关键词：车辆安全检测系统,地铁车辆段,接口,界面划分,招标范围
参考文献
[1]GB50157—2003地铁设计规范[S].
[2]董向阳.地铁建设中的技术接口管理[J].城市轨道交通研究,2003,6(3):16-19.
[3]赖于坚.地铁车辆段三大检修工艺设备的技术接口[J].都市快轨交通,2007(5):92-95.
轨道车辆能量吸收系统 篇9
1 当前轨道车辆对能量吸收系统的要求
诸如ICE列车碰撞和德国高速铁路灾难事件等一系列事故, 日渐将撞车问题带到了公众关注的中心。为减少撞车意外的影响, 多种相关文件和标准提出了更多关于轨道车辆被动安全性的严厉要求。由于现代车钩系统和前端模块的复杂性, 以下只对最必要的功能和要求做出说明。撞击性标准为欧洲标准DIN EN 15227:2008中“轨道车辆车体撞击性要求”;列车系统的兼容性要求为TSI 2008中“对于欧洲高速铁路系统的车辆子系统兼容性的技术细则”。上述标准对下列目标做出阐述:
(1) 减小撞击车辆爬升到另一车辆上的风险;
(2) 减小出轨的风险;
(3) 防止障碍物的干扰;
(4) 对撞击能量的控制性吸收;
(5) 列车司机逃生空间的保护;
(6) 减速度的限制。
不同的碰撞情景发生在不同的冲击水平面上, 因而每个水平面都有相对应的具体要求。垂直方向上车头可以被分为不同的冲击区域, 用不同的方式吸收能量或者保证司机的逃生空间。DIN EN 15227中描述的轨道车辆被动安全性要求见图1。其中对于减速度的限制方面, 情景1和情景2中最高值为5 g, 情景3中最高值为7.5 g。
2 高速铁路Scharfenberg能量管理系统实例
2.1 在欧洲高铁列车中的应用
高速铁路对空气动力的性能、功能性和能量吸收的要求特别高。福伊特驱动为西班牙的Talgo 250高铁列车制造了包括司机室顶板在内的完整的前端系统。
对组件正确合理的使用, 可以消除在车头部分安装更多能量吸收组件的需要。根据这个理念, 列车符合DIN EN 15227中关于情景1和情景2的安全要求 (情景3在2005年项目进行时还未做具体要求) 。能量吸收的4个阶段见图2。
冲击能量分别在4个阶段中得到吸收:
(1) 第一阶段 (可逆) :车钩轴承座中的橡胶吸能元件。能量吸收:大约7 k J (拉伸方向) /17 k J (压缩方向) ;
(2) 第二阶段 (不可逆) :车钩钩身压馈管。能量吸收:大约200 k J;
(3) 第三阶段 (不可逆) :车钩轴承座和横梁之间的压馈管。能量吸收:大约800 k J;
(4) 第四阶段 (不可逆) :在横梁和车身之间两个侧面碰撞吸能盒。能量吸收:大约900 k J。
所有阶段加在一起, 提供了将近2 MJ的能量吸收能力, 变形行程不超过1 000 mm。
2.2 在亚洲高铁列车中的应用
Scharfenberg能量管理系统为韩国HEMU-400X新型高速列车设计了符合EN 15227标准中对情景1、2和4要求的能量吸收系统 (见图3) 。此能量吸收系统安装在构架上, 而构架安装在车身上。此系统包括:AAR型车钩头式Scharfenberg车钩 (可更换为Scharfenberg 10型车钩头) 、气液缓冲器和压馈管;标准护轨装置;另外2个压馈管。这种方法大约可吸收1.5 MJ的冲击能量, 将变形行程控制在800 mm以内。
撞击能量分别在3个阶段中得到吸收 (见图4) :
(1) 第一阶段 (可逆) :车钩钩身中的气液缓冲器。能量吸收:大约7.5 k J (拉伸方向) /180 k J (压缩方向) ;
(2) 第二阶段 (不可逆) :车钩钩身中轴承座后的压馈管。能量吸收:大约1 170 k J;
(3) 第三阶段 (不可逆) ;固定在车钩之上的撞击保护组件。能量吸收:大约170 k J。
3 车钩系统对轨道车辆中能量吸收的重要性
近年来, 福伊特驱动特别关注中国CRH1和CRH3系列高铁列车, 并提供了多套前端系统, 包括前罩板、运动部件和完整的拥有自动车钩、中间车钩和过渡车钩的车钩系统 (见图5) 。
车钩同缓冲器一起被安装在轨道车辆内的主要冲击平面上。自动前端车钩可以辅助吸收撞击中的大量冲击能量。实现此目的的典型能量吸收部件有压馈管、缓冲器或用于普通连挂操作的橡胶弹性组件。轨道车辆车厢之间的恰当连接 (半永久性车钩或有能量吸收特性的铰接接头) 可辅助缓解作用在轨道车辆前部的压力, 为轨道车辆碰撞提供可控性。另外, 半永久性车钩可以将撞击车辆爬升到另一车辆上的风险降至最低 (见图6) 。
半永久性车钩提供的防爬保护功能可以在能量传送的开始就轻松起效, 并保持连在一起的车厢处于同一平面上。与传统解决方案相比, 它的优点是提供了一个外部的防爬保护。
由车辆撞击引起的纵向压缩力通过止挡板转化为力矩, 侧向力可阻止两车之间出现更大的垂直偏移 (见图7) 。更多的能量吸收原件, 如压馈管或缓冲器, 确保可控的撞击能量吸收, 限定了载荷级别并缓解了施加在车辆前部的载荷。
4 轻型设计中的完整撞击结构概念
目前, 现代撞击结构的发展追求双重目标, 在使用轻型原件的同时, 依旧可以满足必要的撞击安全要求, 已逐渐取代传统的撞击结构。图8、图9展示了一个带有完整撞击结构的Scharfenberg前端模块示意图。
Scharfenberg前端模块中的能量吸收元件除了可逆的缓冲器和牵引装置, 车钩还具有完整、不可逆和多阶段能量吸收元件, 可以灵活地应用在不同级别的车辆上。对于具有2 000 k N车身强度的车辆, 最多可以吸收1.5 MJ的撞击能量。在此应用了DIN EN 15227标准设定的情景1中车钩的撞击特性。碰撞吸能盒分别安装在两侧, 也可作为防爬器。作为情景1—情景3的主要能量吸收元件, 碰撞吸能盒能够吸收大约1 MJ的变形能量, 同时产生大约200 k N的防爬阻力。