高速车辆

高速车辆（精选9篇）

高速车辆 篇1

转向是影响履带车辆机动性能的重要因素,履带车辆在转向过程中需要更大的驱动力和驱动力矩,分析转向问题对履带车辆设计、结构优化有重要的作用。建立合理的转向模型是分析稳态转向过程的重要技术方法,国外对稳态转向研究比较深入。尼基金[1]教授提出转向阻力系数的经验公式验证了松软路面上转向驱动力矩与相对转向半径的关系。Steeds[2]考虑了两侧履带的滑移和滑转对履带车辆转向问题进行了阐述,Kitano[3]则针对以上研究进行运动学和动力学分析并运用微分方程数学计算的方法进行模型运算。加拿大学者Wong[4,5,6]利用履带与地面的剪切作用,运用运动学和动力学方法研究履带车辆牵引力制动力等性能参数与相对转向半径的关系。Said A M[7]则基于无人履带车的研究进行履带车辆转向过程的研究,认为转向阻力系数是一个变化的值并且与转向半径有关。国内对稳态转向也进行了详细的探讨。北京理工大学学者魏宸官[8]运用履带车辆转向过程中运动学与动力学关系分别推导硬路面和软路面转向过程中牵引力和制动力以及转向阻力矩与相对转向极偏移量的关系。宋振家[9]认为车辆转向理论包括转向运动学和转向动力学,前者可以用来确定转向半径,后者则用来确定履带转向的牵引力和制动力以及转向阻力矩,宋从履带与地面的相互作用着手,并且无需引入转向阻力系数的工况下,分析坚实地面上转向问题。

履带车辆接地压力分布十分复杂而集中载荷分布特点下履带转向问题研究不多。本文通过分析高速履带车辆稳态转向过程中,集中载荷下接地压力分布特点,采用剪切应变模型,分析转向性能参数与行驶速度以及相对转向半径的关系。并通过试验数据验证模型的正确性。

1 转向模型分析

为了切实符合履带稳态转向过程,作以下假设:

(1)履带车在硬质路面进行高速稳态转向,考虑转向过程中离心力对转向性能的影响。

(2)不考虑履带工作张力和履带与地面之间的推土效应。

(3)转向过程中的履带与土壤之间的剪切作用符合剪切变形原理。

履带接地压力影响履带与土壤的剪切力,从而造成各转向性能参数的变化。而接地压力的分布并不是均匀分布或者简单的连续函数分布,通过接地压力试验可以看出压力主要分布在负重轮正下方而负重轮之间基本没有如图1。由此可以假设接地压力呈矩形集中分布于各负重轮正下方如图2。

由于履带车辆高速转向,考虑离心力作用履带车辆两侧的载荷N1、N2重新分配,接地压力P也不同如图3。由平衡方程可以得出:(本文中所建立的模型凡是表示内侧履带相关参数下标为“1”凡是表示外侧履带相关参数下标为“2”)

如图4是转向运动关系图,其中IC是惯性坐标系XOY转向中心,o是牵连坐标系xoy转向中心,R’是惯性坐标系转向中心与履带车辆重心的垂直距离。D是纵向相对转向极偏移量,φ是航向角,˙φ是转向角速度。h是履带车重心高度,B为履带车距,L为履带接地长度。

假设任一点(xi,yi)处剪切速度为vj1,则履带与土壤的剪切位移在惯性坐标系中X、Y方向分量可表示为:

对任一点(xi,yi)处的剪切位移可以表示为:

如图5是转向动力学关系图。履带车辆在高速转向过程受到履带剪切土壤产生的牵引力、制动力、两侧履带的横向力、车辆行驶过程中滚动阻力、高速转向不可忽略的离心力等共同作用。

根据履带与土壤剪切关系可知:

式(6)中,p为接地压力,μ为履带与硬质地面的摩擦系数(常数),j为剪切位移,K为剪切模量。

两侧履带的纵向力表示如下:

转向驱动力矩表达如下

滑移率σ1则是绝对速度与履带车辆的牵连速度的比值,滑转率σ2是履带的绝对速度与履带的卷绕速度的比值。

2 转向性能分析

为分析集中载荷下稳态转向过程中转向行驶速度以及相对转向半径对牵引力、制动力和转向阻力矩等各性能参数的影响,设置转向行驶速度分别为0.1 m/s、2.0 m/s、4.0 m/s、6.0 m/s、8.0 m/s进行仿真。

图6是相对转向极偏移量ɑ1、ɑ2、ɑ3与相对转向半径的关系。由图6可知:

(1)从整体上来看,随着相对转向半径的增大,ɑ1、ɑ3呈现减小的趋势,ɑ2呈现增大的趋势。

(2)相对转向极偏移量ɑ1、ɑ2、ɑ3与转向速度呈正相关,并且相对转向半径越小,转向速度的影响越明显。

(3)当相对转向半径较大时,则相对转向极偏移量ɑ1、ɑ2、ɑ3都趋于定值。

图7是当转向行驶速度为1 m/s时,滑移率和滑转率与实际转向半径之间的关系。由图7可知:

(1)滑移率和滑转率都随着实际转向半径的增大而减小,且相对转向半径大时变化都不明显。

(2)滑移率始终大于滑转率,即内测履带滑移程度强于外测履带的滑转程度。

图8是行驶速度0.1 m/s、4.0 m/s、6.0 m/s时牵引力和制动力与相对转向半径关系,可以得出结论:

(1)牵引力制动力都随着转向半径的增大而减小;

(2)牵引力始终大于制动力。

图9是转向行驶速度为0.1 m/s、4.0 m/s、6.0m/s时转向阻力矩与相对转向半径的关系图,从图中可以看出随着相对转向半径的增加,转向阻力矩逐渐减小。

3 数据处理与试验验证

履带转向试验是模型验证的一个重要的验证方法,通过对履带车辆转向进行实车试验,测量履带车辆的运动学参数,并根据运动学与动力学之间的相互关系推导动力学参数。为了更加准确的测量所需的运动学参数,采用NI测试系统和GPS系统如图10。GPS系统主要负责测量转向运动轨迹、速度、航向角等参数。NI系统则负责一般性数据的采集,包括光电传感器、转矩传感器、数字罗盘、五轮仪等设备。

由于数据是有两个系统分别测量,时间上不一致,因此在使用数据之前需要对测量的数据进行滤波、同步、截断等处理。图11是试验数据处理流程。

图12、图13分别是滑移率和滑转率模型计算结果与试验数据的对比,图14是牵引力、制动力模型计算结果与试验数据的对比,从图中可以看出试验数据都分布于相应理论模型曲线附近并且趋势一致。

4 结论

本文根据Wong的剪切模型原理,基于履带车辆在硬质路面的接地压力试验数据提出载荷集中于负重轮下方的离散型分布模型,推导转向模型。解析各转向性能参数与相对转向半径之间的关系,最后通过试验数据进行验证。得出结论如下:

(1)建立履带车辆在集中载荷压力分布条件下,考虑滑移滑转以及离心力作用的转向模型,对模型进行运动学和动力学分析并最后求解。

(2)基于建立的转向模型进行数学仿真,分析了相对转向极偏移量ɑ1、ɑ2、ɑ3以及滑移率和滑转率等转向性能参数随不同转向行驶速度、不同相对转向半径的变化趋势,并得出结论。

(3)通过对转向试验的数据进行处理并与理论模型曲线进行对比,结果表明两者趋势和变化规律有较好的一致性,验证了所建立的转向模型的正确性。

参考文献

[1] Merhof W,Hackbarth E M.履带车辆行驶力学.韩雪海,译.北京:国防工业出版社,1989:31-36Merhof W,Hackbarth E M.Dynamics of tracked vehicle.Trans Han Xuemei.Beijing:National Defence Industry,1989:31-36

[2] Steeds W.Tracked vehicles-an analysis of the factors involved in steering.Automobile Engineer,1950;14(3):143-148

[3] Kitano M,Jyozaki H.A theoretical analysis of steerability of tracked vehicles.Journal of Terramechanics,1976;13(4):24-30

[4] Wong J Y.Theory of ground vehicles.John Wiley,New York.2001;3:390-420

[5] Garber M,Wong J Y.Prediction of ground pressure distribution under tracked vehicles-I.an analytical method for prediction ground pressure distribution.Journal of Terramechanics,1981;18(1):1-23

[6] Wong J Y,Chiang C F.A general theory for skid steering of tracked vehicles on firm ground.Proceedings of the Institution of Mechanica Engineers,2001;215(3):343-355

[7] Kar M K.Prediction of track forces in skid-steering of military tracked vehicles.Journal of Terramechanics,1987;24(1):32-40

[8]魏宸官.一种履带车辆转向阻抗系数测定方法的实验研究.兵工学报,1984;2(1):23-35Wei C G.An experimental and theoretical study of a new method for determining the coefficient of the turning resistance of a tracked vehicle.Acta Armamentarii,1984;2(1):23-35

[9]宋振家.坚实地面上均布载荷时的履带车辆转向理论.装甲兵技术学院教学与科研,1980;3(1):1-10Song Z J.Theory of steering of tracked vehicles on firm ground under uniform distribution.Journal of Academy of Armored Force Engineering,1980;3(1):1-10

高速车辆 篇2

为了进一步强化我站应急安全管理工作，有效地预防和杜绝各类交通事故的发生，保护途径我站人员和车辆财产不受损失，确保在发生突发性事件时能迅速、果断、有序地 进行善后处理，特制定以下应急预案。

一、应急组织和道路交通安全事故

1、领导小组组长：

副组长：

成员：

领导组下设办公室。

二、职责及分工：

1、救援行动组组长：

组员：

2、医疗救护组

组 长：

组 员：

3、疏散引导组 组长：谭文 组员： 各组长职责：

1、准确掌握事故动态，正确制定抢修方案，执行有效处理措施。

2、及时向有关领导汇报。

3、保护事故现场。

救援行动组职责：

1、迅速赶往出事现场，救助伤员，控制事故蔓延，保护现场。

2、配合交警或有关部门做好事故调查和善后工作。

医疗救护组职责：

1、制定公众紧急伤亡情况的应对方案和措施并做好救护准备。

2、负责现场受伤人员的紧急护理、治疗和护送。

疏散引导组职责：

1、疏散引导组接到项目部事故报警后，应立即赶到现场，做好疏散引导工作。

2、维护好救援秩序，制止无关人员进入现场。

三、应急预防措施

1、加强对车辆驾驶员及全站职工的交通法规、行车安全的教育。

2、选择经验丰富、驾驶技术熟练、驾龄较长、自觉守法的同志担任车辆驾驶员。

3、做好车辆例行保养工作，出车前要对车况、安全性能进行检查。

4、不准违法超载、超速、违反交通规则。

四、应急救援的具体办法

1、当发生车辆交通事故时立即停车、保护现场，保护事故现场的要点：（1）保护好车辆制动时的拖拉痕迹；（2）受伤害方行进、终止位置；（3）发生事故车辆的位置；（4）车上的散落物；

（5）标明和保护好伤（亡）人员的倒位、血迹。

2、及时抢救伤者，采取急救措施。并拦截过路车辆、尽快将伤员送到就近医院抢救，拨打急救电话120；（提醒：听从交通民警指挥、主动如实地反映情况、积极配合交通警察进行现场调查和分析。）

3、救护车辆，消除危险，防止二次事故发生。当发生车辆事故后，除了要注意人员伤亡外，还要注意因事故造成的危险因素，如汽油外泄等，要采取必要的措施，防止二次事故的发生，现场勘察完毕后，当事人应当在公安机关交通管理部门的组织下，按照要求及时将车辆移至不妨碍交通的地方，并清理现场。

4、发生事故后，向就近的交通警察部门报案，或者拨打122交通事故的报警电话或110报警电话。

5、记录下事故目击证人的联系方法，因为证人和证据是处理交通事故的重要依据，一定要留下证人的联系方法、防止与目击证人失去联系。

6、落实好应急备用车辆，合同交警、保险公司妥善处理善后事宜。

五、应急物资

1常备药品：消毒用品、急救物品（绷带）。

高速车辆 篇3

关键词：车辆 路径选择 影响因素

高速公路是我国公路网的重要组成部分，作为收费公路，高速公路在具有公共物品属性同时还具有商品属性。因高速公路使用者走高速时要给高速公路收费管理单位缴纳通行费，通过缴纳通行费与高速公路运营管理者之间就形成了一种租用合同关系，高速公路管理部门通过对上路的车辆人员限制（交通限制）、提供平整的合乎规范的道路，完善的安全服务设施、文明服务，使高速公路使用者得到快速、安全、舒适的价值。所以在考虑高速公路社会效益的同时还需要考虑高速公路的经济效益，两者必须相得益彰。提高经济效益，首要就是提高收入，收入提高的基础就是交通量的提高。通过对影响交通量的主要因素分析，就可以采取行之有效的措施促使司机选择走高速公路，从而提升所管理路段的经济效益。

1 车辆出行路径选择影响因素分析

车辆在出行过程中，影响驾驶员在出行中选择路径的主要因素包括以下几点：固定成本因素、车辆运行过程中直接成本和间接成本因素及其它因素。这些因素对不同的驾驶员影响也大不相同，大部分因素主要取决于驾驶员的驾驶经验、个人偏好、出行目的、出行性质以及出行距离等。

1.1 固定成本

是指在短期内不发生变化，与运输里程和运输量没有直接关系的支出，我们一般指一次性购车款。

车辆使用过程中购买成本一般为10～30%，其使用成本大约为70～90%。

1.2 直接成本和间接成本

①直接成本：主要是指车辆在公路运行中直接产生的成本，主要包括车辆的运行所产生的运营所有的成本，主要为燃油费，轮胎磨损费和机件磨损费，同时还包括阻塞成本和道路收费等。②间接成本：指车辆运输产生的经济效益或者损失，主要包括时间成本和安全事故损失费。

1.3 其它因素

①交通因素。包括道路车流量大小、是否会出现经常性车辆拥堵以及是否经常出现交通事故等因素。司机选择走高速公路主要原因在于市场对物流的要求是越来越高，特别对运输质量和安全的需求越来越高，同时相对于国道省道高速公路车匪路霸、罚款和塞车现象也较少。②路域环境因素。警察、路政等执法情况，当地社情等因素：在正常执法的情况下，如果罚款的频率过高，司机就会绕道而行。③政策法规因素。如是否限行，有些地区，出于改善交通或保护环境的目的，会根据法律限制运输路线的设立。④天气因素。天气的好坏直接影响司机对道路的选择，一般情况下，天气比较恶劣时会选择路状较好和熟悉的路。

通过对以上因素分析得到以下结论：

一是道路等级越高，成本相对就低，这样就会更加节约时间，降低事故损失。

二是多种道路等级共存的情况下，对高等级公路实施合理的收费制度，这样能够有效提高道路使用率。（值的商确，交通部降低收费标准，延长收费期限）。

三是影响道路出行者路线选择的主要因素就是成本因素的高低，如果对运输成本较为了解，可有助于了解出行者的路线选择。

因此，作为高速公路管理者，我们要有自己特有的营销手段，这样方可促进高速公路车流量的增加，以此吸引车辆在自己所管理的高速公路行驶。间接增强高速公路的竞争实力，提高收入。

2 高速公路市场营销策略

高速公路营销的目的就是吸引更多的车辆通行高速公路，提高收入。在高速公路运营过程中，消费者通过缴纳通行费取得高速公路使用权，高速公路为其提供的不是有形产品，而是提供在客货时空移动过程中的各种保障服务。但作为消费者来说喜欢的是高质量、多功能、具有某些特色的产品，因此在高速公路营销过程中也要想方设法为高速公路消费者提供这样的产品。

2.1 高速公路营销的特征

高速公路区别于一般产业，它所提供的服务也区别于其它服务业，受自身产品的特点和经营特点的影响，它的市场营销也有独特之处，具体表现在：

①定价确定缺乏自主性。政府管制使得高速公路在价格、渠道（路网建设）等营销策略的制定方面具有不完全自主性，不能通过价格手段进行营销。②服务时间短。高速公路为顾客提供服务的时间较短，车辆在高速公路上行使的时间最长也不过6～8个小时，与收费人员的接触仅15秒左右。因此，15秒时间就会给消费者留下印象，这种印象带有很大的主观性。③高速公路经营的竞争对象为普通公路或路网中其它高速公路。由于高速公路运输的成本结构、运输优势等与其它公路运输存在较大的相似性，因此对其构成较大竞争压力是平行的一级和二级普通公路。④管理的“有形因素”。通行费的高低会影响顾客对服务的认知，会影响顾客的忠诚度和品质感。⑤营销对象的多样性。高速公路的直接消费者是车辆驾驶人员，而事实上并非所有的消费决策是由车辆驾驶人员做出。在许多情况下，消费决策受到货主或乘客的决策影响，还可能是这几类决策者的共同作用。因此，高速公路营销不仅仅是针对车辆驾驶人员展开的直接营销，更多的是向货主或乘客展开间接营销。消费者地域的广阔性和不确定性，以及消费决策者的多样性，使高速公路的营销存在较大难度。⑥营销的日常化和普遍化。高速公路所具有的特殊时空特性——不可挪动性和通行能力的不可贮存性——使得高速公路促销方式不同于一般产品的促销。

2.2 高速公路营销策略

①提供“畅、洁、绿、美、安”的通车环境是高速公路营销的基础。提供“畅、洁、绿、美、安”的通车环境实际上就是提供合格的公路产品。这就要求高速公路管理部门要加强道路的养护和管理。②加大宣传力度，提高高速公路知晓率。如何让高速公路使用者知道道路的路况信息，也是高速公路营销的一项重要工作。③细分市场，制定有针对性营销措施。高速公路细分市场在于将营销对象进行分类，为之提供有针对性的更好的服务。构成高速公路的顾客群，从运输性质上可分货运市场和客运市场，从行驶距离分，可分为长途车和短途车；按盈利性分：又可分为消费者市场和经营者市场等。因此，高速公路管理单位必须针对不同分类的车辆采用不同的策略进行营销。④充分利用自身和周边特色资源吸引车流。为了使高速公路周边特色资源得到合理利用，就需要我们展开特有的营销活动。如以途径路段旅游资源、自然资源和特色餐饮服务公司等方式，吸引更多车辆。⑤提高高速公路收费服务水平，体现高速公路管理的规范化。一是要通过加强收费员的培训，使收费员认识到“顾客是财富的源泉。顾客是企业最宝贵的财富；二是要加大绿色通道的检查方法，提高通行速度；三是要通过安装先进的收费设备提高车道的收费效率；四是在节假日以及上下班时间，我们不妨增开收费通道以此提高车道的收费效率。⑥加强路域环境治理，减少对行车的影响。主要有加强对高速执法减少行人上路、有效治理事故多发路段等。

3 结束语

由于高速公路的特殊性，单一的营销方法已经很难在高速公路营销中发挥作用，这就需要我们相应的改变高速公路的营销策略、方法及相关的配套措施的综合运用，通过本文的分析结果，结合具体高速路段，建立有效的营销机制和策略，方能有效实现高速公路的公共物品属性和商品属性。

参考文献：

[1]杨文安.高速公路经营风险的模糊层次评价[J].工业技术经济，2006（3）.

[2]杨文安.风险矩阵法在高速公路经营风险评价中的应用[J].公路与汽运，2006（3）.

[3]朱文喜.基于影响路径分析的高速公路经营风险SVM评价[J].统计与决策，2008.6.

[4]詹伟，李黎明.高速公路多元化经营业务开发的思考[J].经营管理者，2013，5.

[5]雷钢.高速公路经营开发研究[J].黑龙江交通科技，2012，7.

高速车辆 篇4

桥梁结构所受的主要荷载类型为车辆荷载。上个世纪, 通过记录四条干线国道上五个白天的车流数据, 进一步提出了我国的现行公路桥梁车辆荷载标准[1]。进入21世纪后, 随着社会进步, 国民经济迅速发展, 车流量也不断增长, 超重型车辆不断涌现, 使得车辆荷载较规范制定时产生了较大改变。相关研究也表明:全国各地车辆荷载形式众多, 地域性是其一项不得不考虑的重要特征。在这种状况下, 《公路桥梁承载能力检测评定规程》根据实际的桥梁交通状况, 提出有必要对标准荷载进行一定修正。

动态称重系统作为一种可靠且准确的获取车辆数据新方法, 为科研人员和工程师所使用。动态称重系统能够十分全面地获得交通流量信息, 并且不受人为因素影响, 因此将其作为特征车辆荷载记录的重要工具是可靠的。许多相关工作者进行了一系列研究, 如分析车型构成、预测荷载极值、建立荷载模型、评估安全状况等。

本文利用安装在京沪高速某三跨连续梁桥上的动态称重系统所采集的数据, 通过对交通流量、车辆构成等进行分析, 推算出实际运行车辆荷载。

1 监测系统

动态称重过程是指对行驶车辆的动态受力进行连续测量, 以及对其静止状态下的重量进行计算。车辆动态称重 (Weigh-in-Motion, 简称WIM) 系统, 包括安装在桥面的一组传感器和安装有相关软件的仪器, 用来测量车辆相关实时信息, 如图1所示。交通荷载的监测主要包括过桥车辆数量、车型、车重等信息, 通过在大桥引桥混凝土桥面铺装下预埋高速动态称重系统, 可对车辆进行测重、测速, 同时使用摄像仪对交通实况进行监测。

2 车辆运行状况分析

车流量和车流的构成状况是车辆交通情况的两个重要指标[2]。我国《公路桥梁承载能力检测评定规程》中引入了考虑桥梁实际位置的典型代表性交通量、大车混入率等的修正系数, 对标准荷载进行了一定修正[3]。由此可知, 分析车流量、车流的构成状况、轴重和车辆总重具有重要意义。

从动态称重系统可以提取被记录车辆的参数, 从而可对车流量和车流构成进行实时统计与分析。通过2016年4月的数据统计, 可以得到当月每个车道的车流量。车道分布如图1所示, 车流量情况如表1所示, 车辆构成如图2所示。

从表1可以得出, 单从一方面的数据看, 中间车道车流量较大, 两边车道较小。从图2可以看出, 一天中各时段车流量有很强的规律性:下午和夜间的车流量较早晨多, 且二轴车的车流占据了绝大多数。

3 实际运行车辆荷载

3.1 广义极值模型

据Fisher-Tippet极值定理可知, 若X1, X2, …, Xn是独立同分布随机变量的序列, 那么有常数列{an>0}和{bn}使得下式成立

其中, Pr (·) 表示事件发生的概率;Mn=max{X1, X2, …, Xn};H (x) 为GEV分布 (Generalized Extreme Value Distributions, 广义极值分布) 。与此同时, 引入位置参数μ和尺度参数σ, 那么H (x) 一定属于以下的三种类型之一, 分别作为极值Ⅰ型、极值Ⅱ型、极值Ⅲ型, 即

其中, α为形状参数[4]。

这三种极值分布形式代表了三种不同的极值类型, 然而可以归结为一个统一公式, 即

其中, μ, ξ∈R;σ>0;ξ也为形状参数。

当ξ>0时, 取α=1/ξ, 则H (x;μ, σ, ξ) 代表极值Ⅱ型的分布, 它的位置参数和尺度参数分别是μ-ασ和ασ;当ξ=0时, H (x;μ, σ, ξ) 代表极值Ⅰ型的分布, 这是因为;当ξ<0时, 取α=-1/ξ, 则H (x;μ, σ, ξ) 代表极值Ⅲ型的分布, 它的位置参数和尺度参数分别是μ+ασ和ασ。综上可知, 极值分布类型是完全由形状参数来决定, 与位置参数、尺度参数无关[5]。

3.2 基于WIM实际的荷载效应

动态称重系统实测车辆信息包括车重、车长、车间距等, 本文通过Matlab程序将车辆荷载通过桥梁影响线施加, 计算出车辆通过桥梁时, 桥梁跨中的弯矩时程值。对于该三跨连续梁桥来说, 由于影响线较长, 车轴布局对结果的影响可以忽略。按照《工程结构可靠性设计统一标准》中荷载作用的代表值确定原则, 本文首先确定了1小时荷载效应最大值分布, 然后进行外推, 在设计基准期内可以得到荷载效应最大值分布函数, 其中取某一分位点处的值作为荷载效应代表值。

把每个采样点的弯矩看作随机变量, 一方面, 根据极值类型定理, 1小时主梁竖向弯矩最大值可以认为近似服从极值分布;另一方面, 通过概率图和可以进行的模型对比和优化选择, 根据上文可知, 广义极值分布对1小时弯矩最大值分布的高尾部分能够很好拟合。

广义极值分布的拟合分布函数为

根据《工程结构可靠性设计统一标准》, 当可变作用通过平稳二项的随机过程进行模拟时, 其最大值概率分布函数FT (x) 按下式计算:

其中, F (x) ——可变作用的随机过程截口分布函数;

m——在设计基准期T内, 可变作用平均出现的次数。

当截口概率分布F (x) =H (x) , 为1小时最大弯矩极值分布。若设计基准期是100年, 那么m=100×365×24, 且

按照惯用取值的原则, 标准值SQ K取保证率为95%时的分位值, 结合WIM系统中的2016年4月数据, 得到实际运行车辆荷载如下:下行为公路Ⅰ级的0.77倍, 上行为公路Ⅰ级的0.79倍。

4 结论

基于安装在高速上某三跨连续梁桥上的动态称重系统 (WIM) 所采集的车辆数据, 通过对相关参数进行分析, 讨论了车辆的概率统计特征和分布规律, 得到以下结论:

(1) 一天中各时段车流量的交通流量具有很强的规律性, 基本在每天的10时前后达到最大值, 在16时前后达到次大值。

(2) 一个月内总通行车辆为1 104 841辆, 下行日均17 068辆, 上行日均19 759辆。其中二轴车辆占绝大多数, 其次为六轴及以上车辆, 并且日间二轴车辆占绝大多数, 夜间六轴车及以上车辆比例上升。

(3) 实际运行车辆荷载方面, 下行为公路Ⅰ级的0.77倍, 上行为公路Ⅰ级的0.79倍。实际运行车辆荷载低于设计车辆荷载, 表明实际荷载对桥梁健康状况危害不大。

摘要：基于安装在高速某三跨连续梁桥上的动态称重系统 (WIM) 所记录的车辆荷载数据, 对车流量、车重、车速、总轴距和车间距进行了分析, 得到其统计特性和分布的一般规律。然后, 通过广义极值模型 (GEV) 计算出最大弯矩极值分布, 得出实际车辆荷载, 并与规范中所规定的荷载进行比较。结果表明:一天中各时段的总交通流量具有很强的潮汐规律性;从车流构成上看, 二轴车辆占绝大多数, 其次为六轴及以上车辆;实际运行车辆荷载低于设计车辆荷载, 实际荷载对桥梁健康状况危害不大。

关键词：桥梁,车辆荷载,车流构成,动态称重

参考文献

[1]JTG D60-2004.公路桥涵设计通用规范[S].

[2]王涛, 韩万水, 黄平明.公路桥梁交通荷载研究现状及展望[J].建筑科学与工程学报, 2010, 27 (4) :31-38.

[3]“公路桥梁车辆荷载研究”课题组.公路桥梁车辆荷载研究[J].公路, 1997 (3) :8-12.

[4]陈照全.既有桥梁车辆荷载的随机过程模型研究[D].长沙:长沙理工大学, 2008.

高速车辆 篇5

引言 随着我国经济增长,危险化学品的生产将继续保持强劲的`上升势头,化学品的运输量也将随之有所提高.由于在危险化学品运输过程中存在作业条件差、从业人员素质不高,安全管理不够等问题,与水运、航空等其他运输方式相比,危险化学品路上运输安全性较差,事故风险大.

作 者：陈静 桑海泉 作者单位：陈静(北京交科公路勘察设计研究院)

桑海泉(中国安全生产科学研究院)

高速车辆 篇6

关键词：交通安全,车速分布规律,聚类分析,车速标准差,P-P图,单样本K-S检验

0 引言

雨天会对高速公路交通安全状况产生一定的影响。降雨会降低能见度和路面附着系数,致使车辆操控性能和驾驶人对周边环境的感知能力下降,导致车辆行驶速度、跟车距离等发生变化,从而增加车辆发生交通事故的概率[1]。

《道路交通事故统计年报》数据显示[2]:在2009~2013年间,我国高速公路共发生一次死亡10人以上的重大道路交通事故30 起,其中雨天事故8起,占总数的26.7%。然而,8起雨天事故中共有7起事故的直接肇事原因为驾驶员超速行驶。可见,超速行驶是高速公路雨天事故的主要致因。

国内外学者针对车速与道路交通事故的关联性已开展了许多研究。Solomon[3]在1964 年的研究表明:当速度分布在高于均值的15%~20%时,事故率较低;而当车速偏差超过此范围时,不论车速是低于还是高于均值,都会出现事故率上升的现象。Taylor[4]的研究将车速样本的偏度及峰值与事故率的相关性进行了分析。结果表明,有偏度的速度分布区间比无偏度的速度分布区间具有显著偏高的事故率。Gabrer与Gdairaju[5]研究了速度分布指标与事故数之间的关系,结果表明:当公路区段的平均速度增大时,其事故率并不一定上升。国内方面,裴玉龙等[6]对高速公路的车速标准差和亿车公里事故率的数据进行回归分析,建立了二者的关系模型,为高速公路的车速限制提供了理论依据。阎莹等[7]以大量实车的行车速度数据为分析对象,对高速公路断面运行车速分布特征进行了研究。张存保等[8]根据实际测得的高速公路交通流和降雨量数据,确定了不同降雨强度下的微观交通流特性参数,如速度车头时距、车头间距等的分布规律。龚大鹏等[9]通过建立降雨天气速度预测修正模型,研究了降雨对城市道路行程速度的影响。

综上所述,国内外学者对高速公路行驶车速开展了大量的研究,研究均表明车速离散程度对事故率具有显著影响,但现有研究尚未针对雨天条件下高速公路的车速分布特征展开深入研究。为此,笔者对比分析晴天、雨天条件下高速公路营运车辆的行车速度,得到营运车辆驾驶人在高速公路雨天条件下的车速控制特性,以期为制订雨天条件下高速公路的交通安全管理政策提供依据。

1 车速数据获取

车辆行驶数据来自江苏某公司的营运车辆监控平台,该平台利用北斗/GPS卫星定位系统测定车辆的地理位置等状态信息,并通过覆盖全国的移动网络传输车辆的实时状态信息,从而实现在全国范围对车辆的远程监控,图1为该平台的实时监控界面。

利用该平台,营运车辆的车载终端以1Hz的频率报告车辆的地理位置、速度和航向角等实时信息,原始数据格式及内容(部分)见表1。

同时,为研究降雨强度与高速公路营运车辆行驶速度的关系,下面按照我国气象部门的划分标准对天气状况进行分类,见表2[10]。通过天气查询网站[11]可方便地获取全国各地区的历史天气信息,结合营运车辆监控平台的时间和位置信息即可获知每辆车行驶时的天气数据。

2 车速的统计分布

高速公路车辆行驶速度存在一定的不确定性和随机性[12]。一方面,道路线形和行驶环境等因素的差异会对行车速度造成一定影响;此外,不同驾驶员的驾驶技能和驾驶风格也存在一定的差异性。统计学原理表明,经过对大量数据的统计分析,随机现象会呈现一定规律性。通过研究不同天气条件下的大量行车数据,可以总结出雨天条件下驾驶员车速控制特点。

为此,选取江苏省境内无锡至镇江的沪宁高速公路路段作为研究对象,共选取行车数据98条,其中晴天数据51条,小雨天数据29条,中雨天数据14条,大雨天数据4条。每条数据中均包含约3h的车辆有效行驶数据。

2.1 行车速度分布

降雨会影响驾驶员对车辆行驶速度的控制,图2反映了高速公路不同降雨强度下营运车辆行驶速度的分布。从图2中可以看到,不同降雨强度下车速分布的整体趋势相似,车辆处于中间车速(60~80km/h)的频次较高,而低速和高速区间所占比例较低。

在天气晴好条件下,营运车辆在高速公路上正常行驶的平均车速为81.3km/h,而在小雨、中雨和大雨天气条件下,车辆平均行驶速度分别为77.2km/h,71.6km/h,67.3km/h。同晴天条件下相比,平均车速分别下降了5.04%,11.93%和17.22%。而在车速分布方面,晴好天气条件下,车辆高速行驶所占比例较高,其中车速大于80km/h的行车时间所占比例达到44.1%,而在大雨天气下仅为20%。此外,当降雨强度较大时,车辆行驶速度超过100km/h的比例明显下降,大雨天气条件下仅为0.7%。

2.2 车速离散程度分析

研究表明,一条道路上各车的行车速度与平均车速的差值愈大,即车速分布越离散,事故率越高。车速的离散性,常用车速的分布特征来描述。车速分布的特征指标包括车速样本均值、车速样本方差、样本标准差、标准差系数(标准差与均值之比)、偏度、峰值等[13]。这里用车速标准差表征车速离散程度。不同降雨强度下,车辆行车速度标准差见表3。

由表3可见,晴天车速标准差为15.68km/h,小雨天气条件下车速标准差最大,为20.27km/h,车速分布最为离散;而大雨天车速标准差最小,为14.93km/h,这与大雨天气条件下,车辆行驶速度普遍较低有关。可见,虽然雨天条件下交通事故多发,但中、大雨天气条件下车速离散程度并非明显高于晴天。

3 车速分布的假设检验

国内外大量研究表明,在乡村公路和高速公路上,车辆行驶速度一般呈正态分布[14]。然而,对于雨天条件下的行车速度分布规律则没有作出单独分析。对分布规律的假设检验方法主要有:P-P图检验、单样本K-S检验、χ2拟合优度检验等。在绘制车速频率分布直方图后,通常采用定性与定量相结合的方法进行数据分布检验。这里,先采用P-P图检验进行定性分析,再利用单样本K-S检验进行定量分析,将2种检验方法相结合,以验证营运车辆在雨天行车速度是否符合正态分布。

图3、图4分别为小雨和中雨天气条件下营运车辆高速公路车速频率分布图。从图中可以看出,车速分布的整体趋势符合正态分布规律,下面采用P-P图与K-S检验方法验证车速规律。

3.1 P-P概率分布图

P-P图是根据变量的累积比例与指定分布的累积比例之间的关系所绘制的图形。通过P-P图可以检验数据是否符合指定的分布。当数据符合指定分布时,P-P图中各点近似形成一条直线[15]。该法是数据分布验证的一种直观、简单的方法。因此,首先采用P-P图分析对车速数据进行定性的拟合检验。

图5、图6分别为小雨和中雨天气条件下车速正态分布的P-P图拟合结果。从图中可以看出,数据点近似形成一条直线,偏差较小。可见,正态分布适合表征小雨及中雨天气条件下的车速分布特征。

3.2 单样本的K-S检验

同时,采用单样本K-S检验对车速分布进行定量的拟合优度检验。单样本的K-S检验又称为单样本柯尔莫哥罗夫-斯米诺夫检验,K-S检验方法能够利用样本数据推断样本来自的总体是否服从某一理论分布,是一种拟合优度的检验方法,适用于探索连续型随机变量的分布[16]。单样本K-S检验的原假设是:样本来自的总体与指定的理论分布无显著差异。

由于大雨天数据样本较少,此处对小雨和中雨天行车速度数据进行单样本K-S检验,结果如表4所示。检验结果显示,小雨和中雨天气条件下Z值都大于0.5,双尾检验概率都大于0.05,表明检验结果符合原假设,即小雨和中雨天气下的行车数据服从正态分布。

4 车速的聚类分析

对营运车辆高速公路行车数据进行K均值聚类分析[17],结果见表5、表6。对比表3与表5可见,当设置聚类数为3时,3个聚类中心的平均车速和方差,同高速公路晴天、小雨天以及中雨天对应的车速和方差十分接近。而当聚类数设置为4时,各聚类中心的平均车速与表3 中4 种天气状况下的平均车速无明显联系。

对营运车辆高速公路行车数据样本进行编号,其中第1~51号为晴天行车数据,52~80号为小雨天行车数据,81~94 号为中雨天行车数据,95~98号为大雨天行车数据。对车速的聚类分析结果见图7~8。当聚类数n=3时,晴天和小雨天行车数据可各自归为一类,其中第I类(晴天)中误报数据为1例(第55号),漏报数据8例(第2、8、14、19、23、31、42、45号),而中雨与大雨天行车数据合并为一类,说明中雨与大雨天车速差别较小,可能原因为大雨天行车数据较少,所反映的车速特征不明显。而当聚类数n=4时,聚类结果无法与4种天气情况对应。

聚类分析结果表明,当聚类数n=3时,聚类结果能与天气情况较好地对应,晴天和小雨天的车速能各自聚为一类,而中雨与大雨天车速差别不明显,两者可合并为一类。

5 结束语

利用营运车辆监控数据对高速公路雨天条件下的行车速度进行分析,通过P-P图与单样本K-S检验方法验证了小雨和中雨天气下的车速分布特征,通过聚类分析了不同天气条件下车辆平均行驶速度的差异,主要得到以下结论:

1)不同天气条件下平均行车速度存在一定差异,在车速离散程度方面,小雨天气下车速标准差最大,车速离散程度最高,而大雨天气下因车速普遍较低,车速分布较为集中,车速标准差较小。对小雨及中雨天气条件下的车速分布进行检验,表明小雨及中雨天气下的车速分布符合正态分布特征。

2)对车速进行K均值聚类分析,结果表明当聚类数n=3时,聚类中心的平均车速可较好地反映晴天、小雨以及中雨时的平均车速,而当聚类数n=4时,则聚类中心的平均车速无法与4种天气条件对应,可见中雨与大雨条件下的平均车速差别不大。

高速车辆 篇7

另一方面, 日本的新干线车辆是在满足多方面运输需求, 以及日本特有的线路条件和严格的环境标准等条件下, 长期开展新技术研发取得的成果, 即使在世界高速铁道车辆中, 也属于能效高、利于环保的车辆。

但是, 国外高速铁路运营情况, 也有许多情形与日本的线路条件、应用规格、标准等并不相同, 作为准备出口国外的高速车辆, 要求开发出“按照铁道运输要求的最优化的车辆”。为此, 川崎重工公司考虑为适应国外的运行条件及标准, 着手开发新型高速车辆“efSET:Environmentally Friendly Super Express Train”, 即环境友好型高速车辆, 目前, 正在进行基本设计 (总体设计) 。

1 开发背景 (国外标准状况)

与铁道车辆有关的国际标准有ISO (国际标准化机构) 标准和IEC (国际电工技术委员会, 国际电气标准会议) 标准。

此外, 有影响力的地区标准有按照欧盟 (EU) 指令制定的欧洲标准 (EN标准:European Norm) , EN标准是EU内各国标准的上一级标准。为协调、有序地开展区域内各项活动, 正在制定该类标准。并且, EU区域内各成员国之间互通运营的车辆应遵守TSI (Technical Specifications for Interoperability) 技术规范。在欧洲方面, EN标准及TSI被推荐为国际标准, 或者作为向欧洲以外国家输出高速铁路技术参照的标准等, 作为销售欧洲铁路系统 (产品与技术) 的手段予以应用。本公司在为中国台湾建设的高速铁路项目中, 按照欧洲标准的基本技术规格, 设计、制造了700T型电动车组, 积累了经验。

在美国, 建立了ASTM、IEEE及MILS等独立的标准, 本公司通过向美方提供适应美国标准的地铁装备及既有线车辆等项目, 积累了经验。但是, 美国以往尚未制定250 km/h速度级以上高速铁路标准。目前, 美国正在参考TSI及JIS等标准, 按照不同速度及线路运用条件, 研究制定新的标准。

此外, 近年来, 不仅是作为与产品单件, 而且作为与系统整体的寿命周期有关的国际标准, 即RAMS标准 (IEC62278:Railway applications—Specification and demonstration of Reliability, Availability, Maintainability and Safety) 已经颁布。RAMS标准将可靠性、可用性、维护性和安全性4项指标与经济性对照, 规定为均衡维持系统而开展工作, 虽然是推荐的标准, 而在向国外输出的技术案例中, 被应用的情形多。

2 车辆开发理念与概要

2.1 开发理念

“efSET”是假定今后供国外高速铁路开展350km/h商业运营, 并且适应国外线路条件和可能采用的主要标准 (或规范) 的车辆, 按照图1及表1所示设计理念进行开发。

2.2 主要技术参数

表2给出了“efSET”规划中的主要技术参数, 图2为编组图。另外, 质量表示假定采用国外标准时的计划值。

2.3 系统结构

考虑到一方面要确保必要的加速力、减速力, 另一方面还要考虑冗余度与可靠性、列车MT比 (动车 (M) 与拖车 (T) 的构成比) 以及布置, 设定列车MT比为6M2T。将车轮/钢轨间容易发生蠕滑的两个头车定为T车。

编组列车中安装了3台辅助电源装置 (APU) , 即使1台APU出现故障, 也可以具备供电容量。

表3列出各主要装置的主要技术参数。

3 面向高速化的研究

从本公司制造车辆的最高运营速度来看, 目前为300 km/h。“efSET”是以350 km/h速度进行商业运行为目标的车型, 需要进一步追求稳定的高速性能, 由于速度提高了, 要开展运行稳定性等各种研究, 而本文主要阐述关于空气动力、噪声的内容。

3.1 空气动力学研究

应该进一步发展以往在各种各样的高速车辆上已实现的空气动力学性能, 并且还要继续进行开发。下面阐述具体研究项目中的主要内容。

3.1.1 空气阻力

随着速度的提高, 由于空气阻力与速度的2次方成正比增大, 所以, 空气阻力远远大于轮/轨滚动阻力。如果降低空气阻力, 则可以直接实现运行能量的高效化。除此之外, 还可以产生以下效果:

(1) 降低主电路容量并实现轻量化;

(2) 实现车体、转向架等的轻量化;

(3) 通过轻量化降低机械运行阻力。

为此, 采用风洞模型试验与数值流体力学 (CFD) 分析, 来进行高精度预测, 图3为风洞试验用的模型。

3.1.2 隧道微气压波

如果列车高速冲入隧道, 则隧道内的空气被压缩, 其结果是在隧道出口附近可观测到称为“轮胎跑气”一样的冲击声。这种冲击声称为隧道微气压波, 会使隧道出口周围住户的窗户及房门摇晃, 引起振动、噪声, 成为一个环境问题。另外, 已知隧道微气压波的强度与列车冲进隧道速度的3次方成正比, 至于近年本公司制造的高速车辆, 在决定车头形状方面, 该微气压波性能是最重要的研究项目之一[2], “efSET”也在进行该项研究。有效运用以往各车型的车头形状研究的丰富经验, 只采用数值计算就能达到足够精度, 并开发附加了可加工性及抗碰撞强度的最佳车头形状。

3.1.3 隧道内空气动力摇动

长期以来, 即使高速运行时, 也通过在转向架上安装被动悬挂系统或主动悬挂系统等各种提高舒适度的对策, 确保良好的乘坐舒适度。另一方面, 随着速度的提高, 由于隧道内运行时空气动力的激振力导致车体的摇晃加大, 正在实施CFD分析及比例缩尺模型试验, 以便能抑制这种影响, 维持良好的乘坐舒适度。此外, 并非只进行CFD分析、研究, 而是同时运用模型试验, 力图进一步提高精度。

3.1.4 隧道内压力变化

对于所谓隧道微气压波, 特别是关于隧道内压力变化, 针对与日本基准不同的国外标准, 运用CFD分析进行研究, 确认满足具有足够余量的标准。

3.2 噪声研究

在日本国内的高速车辆方面, 能够将随着高速化显著增大的空气动力噪声尽可能地减小。这样做是为满足环保标准要求, 即使在地面侧充分地采取了对策, 诸如沿线多处设声屏障等, 只采用声屏障, 要隔断车辆上部的空气动力噪声是困难的, 车辆上部空气动力噪声的影响大 (应予治理) 。

另一方面, 国外高速车辆的各种标准中, 几乎所有情形下是按无声屏障的状态做出的规定。这种情形与日本国内高速车辆不同, 可认为即使在350 km/h的高速区域, 以滚动噪声为主体的车辆下部噪声的影响也很大。因此, 一般情形下, 超过传统的供日本国内用高速车辆的降噪对策, 实施降低车辆上部的空气动力噪声对策的必要性小。不过, 随着地区不同, 也要考虑在有声屏障条件下的环境标准, 而在那种情形下, 有必要对包括声屏障的形状等的地面侧降噪对策承担的作用进行充分的预先协商。

关于停车时的车外噪声也有国外标准, 但多数是以机车牵引方式的车辆编组为对象制定的标准。“efSET”由于是动力分散式, 设备冷却用送风机等的噪声源多, 另外, 因为要做成轻量、小型的设备, 所以, 要适合这种标准有困难, 正在研究停车时成为噪声源的各设备的进一步降噪对策。

关于客室内噪声, 从提高客服质量方面考虑, 必须确保足够的静音性。通过充分运用以往开发高速车辆、通勤型城郊车辆中积累的技术经验[3], 正在研究包括成本、质量的适合的降噪对策。而且, 即使司机室内噪声, 也在研究满足国外标准的隔声结构。

4 各结构要素的开发

4.1 车体

关于车体, 既要满足欧洲标准等所要求的强度条件, 又要从节能的观点出发, 瞄准轻量化目标实施开发。并且, 正在研究“提高可再生利用性”以及“应用水性涂料”等。

如果属于高速客运专线, 则为确保安全不设道口, 有先进的信号设备、防止人或障碍物等侵入线路的设施和各种防灾系统等, 系统整体上是可确保安全性的。另一方面, 欧洲的TSI标准是以以下条件为前提制定的标准:欧洲高速列车有时要在既有线上运行, 以及高速列车与货物列车共用线路, 道口与既有线路的设备等属于安全性能低的线路条件, 引进车辆要求有较高的车体强度及抗碰撞车体结构。

4.1.1 车体强度

至于“efSET”, 假定要在既有线上运营, 应根据欧洲标准的车体强度进行开发。

在隧道内运行时, 为使车外的空气压力变动难以传递到车内, 设定车体为气密结构, 由于空气压力变动的循环作用, 致使车体疲劳强度成为待解决的课题。像日本那样, 以适应小截面隧道的严格条件的技术为基础, 开发轻量且具有适当疲劳强度的车体。

4.1.2 抗碰撞强度

欧洲TSI标准中, 抗碰撞性的重要文件已具体化到EN 15227中, 要求满足表4所列4项情况应具有的抗碰撞强度。针对这些情况, 必须确保司机座席及客室的生存空间安全, 以及抑制乘客与乘务员承受的冲击力。因此, 客室等部位在确保基本的车体强度的同时, 有必要适当地设定、布置吸收碰撞能量、缓和对乘客等冲击的结构。

因此, 正在根据碰撞分析, 进行头车及中间车辆的碰撞能量吸收要素及车体结构的设计。图4为碰撞分析结果实例。

4.1.3 降低车体振动

为降低车体振动对乘坐舒适度的影响, 有必要避免转向架系统与车体发生共振, 但是, 由于提高车体的刚度势必引起质量增加, 所以, 正在规划设定适当的目标刚度, 在满足车体强度要求的基础上, 设计出轻量并具有最佳刚度的车体。

4.1.4 列车防火对策

欧美国家标准规定了车体结构的阻燃性能, 要求基于实车大小的试件做阻燃性能验证试验。为适合该类标准要求, 追加结构及改变材料必然影响到质量增加。通过基于热变形分析的结构研究, 以及阻燃性能试验等 (图5) , 开发同时兼顾轻量性与阻燃性能的车体结构。

4.1.5 提高可再生利用性

关于车体材料, 7000系铝合金屈服强度高, 已应用于强度要求高的部位, 但合金成分中含有锌, 再生利用受到限制, 有待解决这类课题。因此, 通过适当的结构设计, 缓和局部的应力集中, 规划只采用6000系及5000系铝合金制成的车体结构。

4.1.6 水性涂料的应用

传统的铁道车辆涂装中, 一般使用有机溶剂系的涂料, 而为解决涂漆作业时由于挥发性有机化合物 (VOC) 导致的环境问题, 计划采用水性涂料 (以水为溶剂的涂料) 。

4.2 电器

4.2.1 受电弓

针对350 km/h的运营速度, 以在其他高速车辆上有应用实绩的单臂式结构为前提, 利用与接触网条件组合的仿真试验进行验证, 计划开发出跟随性好、考虑了低噪声化的最佳结构的受电弓。

采用能减轻接触导线磨损量的碳系滑板, 以及研究一旦滑板破损时, 能自动降落受电弓的ADD (Auto Drop Device) 装置的应用。

4.2.2 车辆信息控制装置

设定该控制装置具备以下功能:

(1) 加速 (动力运行) 指令、制动指令的传送;

(2) 空调装置等服务设备的控制;

(3) 各设备状态的监控;

(4) 车上试验等的检修支持功能。

从编组列车内的主干传输与各车辆内的设备间的传输来看, 研究采用认为今后能成为世界标准的以太网传送方式 (企业内信息通讯网) 。

4.2.3 制动装置

设定为再生制动并用电指令式空气制动方式 (带空重车调整制动力功能) 。装备了常用制动、非常制动、紧急制动, 此外还备有停车制动。另外, 还研究了利用一般的自动空气制动对电指令式制动的支持功能。

在下雨天等情况下, 以车轮与钢轨间的粘着力容易变成不稳定状态的头车作为T车 (拖车) , 设定按照编组整体调节制动力的编组控制方式。

研究了电动空气压缩机采用无油往复式压缩机或者螺旋式压缩机。

4.3 转向架

转向架采用本公司开发的轻量型无摇枕转向架 (图6) 。这种轻量轴梁式轴箱支承装置的高速转向架, 不仅用于日本国内新干线车辆, 而且也应用于中国台湾高速铁道车辆和中国铁道部的中速/高速铁道车辆上, 其优异的运行性能及可靠性、维修性得到了验证。“efSET”采用的转向架以过去有足够应用实绩的装置结构为基础, 今后, 在结构上要考虑在向国外输出技术方面, 适应认为必要的国外标准。

(1) 从车轮、车轴来看, 参照了以下两种标准进行设计:以JIS标准为基础, 根据与新干线车辆同样的设计思想进行设计, 且根据EN标准进行设计, 这样就能适应两种标准了。

(2) 轴箱支承装置为有应用实绩的轴梁式, 弹簧、减振器系统中, 采用先进的仿真技术, 选定能提供350km/h速度下稳定运行的技术参数。

(3) 只要将转向架构架按适合美国焊接协会 (AWS) 的规定, 进行焊接接头设计, 就可以选择符合JIS标准的转向架构架与符合AWS标准的转向架构架。

(4) 车体支承装置为无摇枕方式, 为提高舒适度, 使空气弹簧刚度降低;为抑制曲线段运行时的车体摇晃, 装备了防止摇动 (横向稳定) 装置。另外, 为提高高速运行稳定性, 每一台转向架上安装了4个抗蛇行减振器, 即使1个减振器出现故障时, 也还能确保350km/h速度下的运行性能。

(5) 基础制动装置采用中心部紧固式制动盘, 以及气动式卡钳制动装置, 力图实现轻量化, 并改善零件的耐久性。

4.3.1 全主动悬挂控制装置

铁道车辆高速运行时, 由于轨道不平顺及作用在车体周围的空气动力, 车体会发生振动, 对舒适度产生影响。至于“efSET”, 力图降低高速运行产生的空气动力激振力, 同时, 预定安装有更高减振性能的全主动悬挂减振控制系统。该系统通过在车体与转向架间装备作动器, 直接控制发生力, 抑制车体的横向振动。作动器安装在铁道车辆上, 因为要满足所要求的严格的使用环境条件, 采用本公司独特设计开发的小型、轻量的电磁式作动器。

4.3.2 转向架异常的检测装置

在高速区域, 有时由于抗蛇行减振器的故障及支承零件的老化 (性能降低) 等, 导致转向架的运动不稳定, 一旦这种现象发展下去, 就有可能产生称为“蛇行”的危险形态。为此, 早期检测由于异常振动及零件性能降低等导致的运动不稳定现象, 确保运行安全性, 是今后高速车辆必须考虑的问题。本公司开发经常性监测转向架振动的转向架异常振动检测装置 (BIDS:Bogie Instability Detection System) , 在中国台湾高速铁路、中国铁道部车辆上有工作实绩, 而“efSET”预定按标准安装进一步扩大了监测项目的装置, 图7为检测装置结构。监测项目不仅有转向架振动, 而且也追加了车体振动、轴承、齿轮箱的润滑系的温度监控等项目。由于经常性监测各个部位的完好性, 认为能进一步提高与运行安全性有关的可靠性。

5 结束语

“efSET”的基本设计开发预定于2010年3月结束。

建议将这次的新型高速车辆的开发, 作为目前或将来供给国外高速铁路车辆的最佳设计方案。作为一种快捷舒适的优异交通工具, 拟将“efSET”推向世界市场。

摘要：概述了日本开发的出口国外的新型高速铁道车辆“efSET”的主要结构及技术特点。

关键词：铁道车辆,结构,日本

参考文献

[1]#12

[2]#12

高速车辆 篇8

为了有效降低新干线噪声,有必要了解各噪声源的位置及其对总噪声的贡献[1,2,3]。图1给出了新干线噪声的主要噪声源。新干线噪声由以下噪声组成:

(1)受电弓空气动力噪声;

(2)车辆上部产生的空气动力噪声;

(3)桥梁噪声;

(4)车辆下部产生的噪声(见图1)。

当列车以高于200km/h的速度运行时,由于空气动力噪声的功率以列车速度6次方的比例增加,所以空气动力噪声对总噪声的贡献更大。桥梁噪声主要是由混凝土高架桥外表面振动(由轮轨间相互作用力激励产生)产生的。车辆下部产生的噪声主要由滚动噪声和空气动力噪声组成。混凝土高架桥上表面振动产生的桥梁噪声,尽管其贡献比其他两种噪声分量要小得多,但也是车辆下部产生的噪声的一部分[4]。滚动噪声是由轮轨表面粗糙度引起的激振力激发轮轨振动产生的。为了了解这4种噪声分量对总噪声的贡献,尝试用一维传声器阵列对新干线噪声进行了测量。测量结果发现,速度高于200km/h时,受电弓空气动力噪声和车辆下部产生的噪声是最主要的噪声源[4,5]。所以,为了恰当地降低新干线噪声,就必须集中降低这两种噪声分量。在降低受电弓空气动力噪声方面获得得了大量技术成果(如单臂受电弓、低噪声绝缘子)。然而,滚动噪声和空气动力噪声对车辆下部产生的噪声的贡献程度还有待弄清楚。所以,还不清楚哪一种噪声是降低车辆下部产生的噪声的主要目标。

为预测滚动噪声,欧洲已开发了轮/轨噪声的理论模型,如TWINS模型[6,7,8,9]。图2为TWINS模型的原理图。在噪声和振动方面已经对TWINS模型进行了验证,能可靠预测车轮、钢轨和轨枕的贡献。TWINS模型的共同特征表明,在高于2000 Hz频域,车轮是主要噪声源;在500Hz~1600 Hz频率范围,钢轨是主要噪声源。日本铁道综合技术研究所(RTRI)也基于TWINS模型同样的理念,开发了滚动噪声理论模型。

本文的主要目的是量化滚动噪声和空气动力噪声对车辆下部产生的噪声的贡献。首先,在第2节中试图估算垂向分布的车辆上部产生的空气动力噪声和车辆下部产生的噪声的贡献[5]。在第3节中使用测量所得的结果,参照文献 [5]中的方法,将车辆下部产生的噪声分离为两种噪声分量,即空气动力噪声和滚动噪声。然后,在第4节中使用TWINS模型,定量估算滚动噪声和空气动力噪声对车辆下部产生的噪声的贡献。

2车辆上部产生的空气动力噪声和车辆下部产生的噪声的贡献

在这一节中,使用测量所得的结果,估算了车辆上部产生的空气动力噪声和车辆下部产生的噪声的贡献。设计用于高速试验的新干线试验列车,采取了很多措施(如平滑表面、在邻近车辆间的空隙安装全包外风挡)来降低车辆上部产生的空气动力噪声。用于估算的新干线车辆没有安装集电设备。表1示出了试验区段的轨道状况。该区段铺设了连续焊接的60N型钢轨。轨道地面为混凝土地面,采用了混凝土轨道板。图3给出了试验区段测量简图。列车通过时在3个位置进行测量:

(1)钢轨底部设置加速度计;

(2)距最近钢轨2m远,距轨面0.4m高处设置传声器(以下称A传声器);

(3)距最近一侧轨道中心25m远,距地面1.2m高处设置一维传声器阵列(以下称B传声器)[10]。

使用测量所得的结果估算这两种噪声分量贡献的程序如下。安排在距轨道中心25m远的点(以下称A点)进行估算。

(1)新干线列车以低于200km/h的速度运行时,用A传声器和B传声器同时进行测量。在低于200km/h的速度时,车辆下部产生的噪声占主导地位[5]。

(2)2个传声器测得的测量结果的1/3倍频带的噪声级差δ(f)用式(1)表示:

式(1)中:LR(f)———用A传声器测得的峰值声级的平均值;LA(f)———用B传声器测得的峰值声级的平均值。噪声级差δ(f)为车辆下部产生的噪声传播到A点时的传递函数,只与频率有关。默认速度高于200km/h时,车辆下部产生的噪声的声源位置仍在转向架附近,因此,速度高于和低于200km/h时,A传声器的位置相同。

(3)当速度高于200km/h时,用δ(f)与用A传声器测得的结果相结合,估算车辆下部产生的噪声的贡献。此外,计算用B传声器测得的结果与车辆下部产生的噪声的1/3倍频带噪声级差,来求出车辆上部产生的空气动力噪声的贡献。

图4给出了新干线列车以315km/h和360km/h的速度运行时,车辆下部产生的噪声和用B传声器测得的结果。发现在高于2500 Hz频域2个结果的差值大于3dB。这表明车辆上部产生的空气动力噪声在该频率范围对总噪声有贡献。然而,在低于2000Hz频域,可以看到2个结果的差值较小。此外,在某些情况下车辆下部产生的噪声还稍稍大于测量结果,这是由于测量结果有±1dB的误差。可以得出车辆下部产生的噪声对总噪声的贡献,比车辆上部产生的空气动力噪声大的结论。所以,为了有效降低车辆下部产生的噪声,有必要估算滚动噪声和空气动力噪声对车辆下部产生的噪声的贡献。

3使用测量结果估算滚动噪声和空气动力噪声的贡献

在这一节中,试图用测量结果来估算滚动噪声和空气动力噪声的贡献,这2种噪声是车辆下部产生的噪声的主要噪声分量。

3.1使用测量结果估算滚动噪声的贡献

在下列程序中,使用测量结果估算了这2种噪声分量的贡献。这里选择的试验区段与第2节所用的一样。

(1)计算了列车以低于200km/h的速度运行时,钢轨振动与用A传声器测得的结果的1/3倍频带差值Δσ(f)。假定速度低于200km/h时,车辆下部产生的噪声主要由滚动噪声组成。这意味着如果速度高于和低于200km/h时A传声器的位置相同,Δσ(f)为适用于代表钢轨振动与滚动噪声关系的传递函数。此外,Δσ(f)与速度无关,仅与频率有关。

(2)速度高于200km/h时,用式(2)估算滚动噪声。

式(2)中的Lv(f)表示在高于200km/h时钢轨振动的测量结果。

用这种方法,计算用A传声器测量的结果与用上述方法计算的滚动噪声的差值来求出空气动力噪声的贡献。然而,该方法所基于的假设并不适合估算滚动噪声。这是因为在低于200km/h时,用A传声器测量的结果还包括其他噪声源(如车载设备产生的噪声)的贡献。

3.2用测量结果得出的结果

图5给出了315km/h及以上速度时用A传声器测得的结果和滚动噪声。通过计算这两种结果的差值来估算空气动力噪声的贡献。在图5(a)中发现在高于2000Hz频域,测量结果几乎等于滚动噪声。表明在该频率范围内,滚动噪声是主要噪声源。但可以看出在低于1600 Hz频域,测量结果比滚动噪声要大。这表明在低于1600 Hz频域产生了空气动力噪声。对于360km/h时的结果,在低于4000 Hz频域出现了高达15dB的差值。这就意味着在低于4000 Hz频域产生了非常大的空气动力噪声,空气动力噪声对总噪声的贡献比滚动噪声大。此外,还发现滚动噪声在160Hz~200Hz频率范围内存在一些峰值。这是由于受到车载设备(如VVVF逆变器)产生的噪声的影响。这表明本方法中的传递函数Δσ(f)包括了车载设备产生的噪声的影响。

4用 TWINS 模型估算滚动噪声和空气动力噪声的贡献

在这一节中,用TWINS模型定量估算了滚动噪声和空气动力噪声对车辆下部产生的噪声的贡献。选用的试验区段也与在第2节和第3节所用的相同。图6为估算这两种噪声分量贡 献的流程图。在图6中,首先使用TWINS模型预测低于200km/h时轨道附近点的滚动噪声。计算用A传声器测 量的结果与预测的滚动噪声的差值得出了车载设备产生的噪声的贡献。该估算假定车载设备产生的噪声的声功率与列车速度无关。由于在其他新干线列车所获得的测量结果表明这类噪声与列车速度无关,所以,这种假定是合理的。接下来再次使用TWINS模型预测高于200km/h时的滚动噪声。然后,计算了预测的滚动噪声和车载设备产生的噪声之和。通过计算总和与用A传声器测得的结果的1/3倍 频带差值,求出高于200km/h时空气动力噪声的贡献。

为了使用TWINS模型预测滚动噪声,必须使用2个参数(即轮/轨粗糙度和车轮与轨道的振动特性)。然而,此次测量未测得其中的轮/轨粗糙度。本文试图用TWINS模型估算钢轨振动与滚动噪声间的传递函数。随后,用测得的钢轨振动和该传递函数预测滚动噪声。在这种方法中,首先从顺着图2中标有“*”的箭头方向测得的钢轨振动估算激振力,然后从该激振力获得车轮和轨道的噪声和振动。

4.1车轮和轨道的振动特性

4.1.1车轮

为了了解车轮的振动特性,用冲击锤撞击车轮来进行静态试验。静态试验用的是C-型轧制车轮,因为新干线车辆用的就是这种车轮。从测量结果确定了车轮的固有频率和对应的损耗系数。此外,用有限元方法计算了车轮的模态基集,用模态叠加法预测了车轮的频率响应。图7给出了车轮径向频率响应函数。预测与测量显示了良好的一致性。

4.1.2轨道

为确定轨道的振动特性还进行了静态试验。在试验中,用冲击锤垂向或横向激振轨道,用测量结果估算轨道的频率响应函数和衰减率。此外,还用测量结果确定了TWINS模型的计 算参数。在TWINS模型中,将轨道视为连续支撑上的铁木辛柯(Timoshenko)梁,支撑由弹性层(轨下垫板)、质量层(轨道板)和第二弹性层(轨道板垫)组成。将板式轨道简化为每隔邻近扣件间隔不连续的质量模型。表2列出了TWINS模型中的轨道模型所用的参数。

图8给出了轨道垂向点的加速性。为了比较,也显示了用TWINS模型预测的结果。发现在高于200Hz频域,预测与测量显示了良好的一致性。然而,在低于160Hz频域,不再保持这种一致性。这是由于加速度计在该频率范围效果不好的缘故。图9给出了预测的垂向衰减率和轨道测得的结果。可以看出总体趋势预测得相当好。在高于200Hz频域,衰减率明显下降。这表明在高于200Hz频域出现了自由波传播,在这些频率下轨道在垫上刚性运动。

4.2滚动噪声和空气动力噪声对车辆下部产生的噪声的贡献

图10给出了新干线列车以160km/h的速度运行时,用A传声器测得的结果和预测的滚动噪声。发现在高于1000Hz频域,测量结果几乎与滚动噪声相等。然而,在低于800 Hz频域,可以看出两种结果存在差异,其差值相当于车载设备产生的噪声的贡献。

图11给出了在360km/h时预测的滚动噪声和将该滚动噪声与列车速度为360km/h时车载设备产生的噪声相加获得的结果。此外,为了比较,也显示了第3节估算的滚动噪声结果。发现在高于1000 Hz频域,用TWINS模型预测的滚动噪声与第3节估算的结果几乎相等。这意味着第3节所用的方法作为估算高于1000Hz频域滚动噪声的方法是合理的。然而,在低于800Hz频域,第3节中的估算结果与预测的滚动噪声间有差异。第3节估算的滚动噪声与预测的滚动噪声加车载设备产生的噪声的结果大致相同。这是由于在低于800Hz频域,车载设备产生的噪声有相当大的影响。用第3节所用的方法,计算A传声器测得的结果与估算的滚动噪声的差值来求出空气动力噪声的贡献。因此,即使使用第3节的方法估算空气动力噪声对车辆下部产生的噪声的贡献,也能恰当地获得空气动力噪声的贡献。

图12给出了高于300km/h的速度时预测的滚动噪声和该滚动噪声与车载设备产生的噪声之和。图12还给出了用A传声器测得的结果。对于315km/h时的结果,在低于1600Hz频域总和与测量结果有差异。这意味着在低于1600 Hz频域产生了空气动力噪声。对于335km/h时的结果,在较高频率产生了空气动力噪声,用A传声器测得的结果与估算的滚动噪声的差异显然也更大。

为了估算空气动力噪声对车辆下部产生的噪声的贡献,估算了预测的滚动噪声与车载设备产生的噪声之和与用A传声器测得的结果的倍频带差值,然后将这3种噪声加在一起。然而,可以看出预测的滚动噪声在某些频带比测量结果更大,如图12(a)中的6.3kHz频带。假定在这些频带,滚动噪声与测量结果产生同样的贡献(即滚动噪声与测量结果相等)。图13给出了滚动噪声和空气动力噪声对车辆下部产生的噪声的贡献。对于275km/h时的结果,发现滚动噪声对车辆下部产生的噪声的贡献更大。在更高速度时,可以看出空气动力噪声的贡献变大,而滚动噪声的贡献趋于变小。在335km/h及以上速度时,空气动力噪声是车辆下部产生的噪声的最主要噪声源。

5结论

使用TWINS模型和设计用于高速试验的新干线列车的测量结果,定量估算了轨道附近测点处滚动噪声和空气动力噪声对车辆下部产生的噪声的贡献。测量区段铺设了连续焊接的60N型钢轨。轨道为混凝土结构,采用了混凝土轨道板。总结如下:

(1)速度低于约300km/h时,虽然滚动噪声对车辆下部产生的噪声的贡献更大,但在低于1600Hz频域,空气动力噪声占主导地位。随着列车速度的提高,空气动力噪声在更高的频率范围占主导地位。

高速车辆 篇9

目前, 高速公路收费站多采用一车一杆收费系统, 随着高速公路上汽车的日益增多, 加上该模式工作效率不高, 易造成收费口交通堵塞。解决问题的方法除了多采用ETC车道外 (但ETC并不适合大多数跑高速比较少的车辆) , 更重要的是对整车式一车一杆收费系统进行改进, 实现对车辆的连续跟车动态称重。采用动态称重系统来规范公路车辆货重检测, 从而抑制日益严重的车辆排队等候称重及交通堵塞现象, 且有非常重要的现实意义。

1 车辆动态称重系统设计

车辆动态称重系统的硬件电路如图一所示, 包括称重压力传感器、压力转换成电压信号电路、A/D数据采集器电路、STC15F4K60S4 MCU处理器电路、键盘接口电路、显示器接口电路和通信接口电路。称重传感器采用电阻式应变式压力传感器, 传感器电路采用的是惠斯登电桥电路, 利用称重传感器检测压力信号, 通过电阻应变片上电阻的变化从而得出一输出电压, 得到微弱的电压信号, 经滤波电路处理后, 送A/D转换器进行数据采集, 将模拟量转化为数字量输出。MCU控制器采用STC15系列的单片机进行在线编程, 接受来自A/D转换器输出的数字信号, 经过复杂的运算, 将数字信号转换为物体的实际重量信号, 并将其存储到存储单元中。MCU控制器还可以通过对扩展I/O的控制, 对键盘进行扫描, 而后通过键盘散转程序, 对整个系统进行控制。显示器电路根据需要实现显示功能, 串行通信电路实现数据与PC机交换。电源电路部分主要是为电路提供稳定方便的电源, 将工频电压直接转换成所需的+5V、+10V电压。

2 A/D数据采集器电路设计

A/D数据采集器电路设计如图二所示, 包括信号输入接口、信号滤波电路、A/D转换电路以及MCU测量电路部分。从压力传感器惠斯登电桥电路来的电压信号, 经过低通滤波电路, 送到CS553024位A/D转换器, 经STC15F4K60S4 MCU电路实现高速采样测量。

A/D数据采集器电原理如图三所示, IN1+、IN1_为输入信号, 信号输入范围为0mv~39mv, 输出的数据为24位二进制数。AD_CS1为片选控制, AD_SDI为输入命令端, AD_SDO为输出数据, AD_CLK为时钟信号。

3 轮轴识别器及车辆分离器的连接

轮轴识别器、车辆分离器、电动栏杆机、交通信号灯及称重台相对位置如图四所示。

图四中, 连接轮轴识别器和车辆分离器对应接线信号为:单/双轮状态指示、有/无车在轮轴识别器上、轮轴自检信号输入、光栅自检信号输入、光栅收尾信号、地感线圈收尾输入、地感线圈故障输入等。

4 A/D采样程序设计

A/D采样流程如图五所示, 软件设计包括MCU单片机应用程序, 主要实现了数据采集、数字信号处理、存储、显示、通信处理等功能;软件程序包括A/D采样程序、LED显示程序、键盘扫描程序、串行通信程序、参数设置程序等子程序。其中, 关键是A/D采样程序设计, A/D测量数据采集采用24位的串行CS5530 A/D设计, 采集频率可通过界面参数进行设置, 重量测量精度小于0.5%。

5 测试实验数据及结果分析

5.1 静态模拟称重方式下的试验数据 (见表一)

5.2 静态模拟称重方式下的数据分析 (见图六)

5.3 动态模拟称重方式下的试验数据 (见表二)

5.4 动态模拟称重方式下的数据分析 (见图七)

通过对上述静态和动态模拟称重方式下测量数据及数据分析结果可知, 静态和动态精度可达到0.5%, 完全满足设计要求。

6 结束语

本文主要分析了车辆动态称重系统的硬件电路设计和A/D数据采样软件设计方案, 并对测试数据结果作了分析说明, 达到了国家相关行业参数标准。公路车辆动态计重收费系统, 除支持秤台称重外, 还具备轮轴识别器和车辆分离器接口, 接收来自轮轴识别器和车辆分离器的信息, 组合成完整的称重检测数据向收费计算机传送。还具有倒车功能, 允许车辆在秤台上任意停留、倒车而不会产生错误的检测结果。采用先进的自适应动态处理算法, 除静态能满足国家III级秤标准外, 还具有理想的动态性能, 动态精度也可达到0.5%, 满足当前几乎所有计重收费系统的精度要求。

参考文献

[1]廖高华, 朱杰斌.基于ARM的多功能新型智能称重仪[J].仪表技术与传感器, 2014, (10) :34-36.

[2]朱杰斌, 廖高华, 刘德辉.Multifunction intelligent dynamic weighing system based on embeded computer[J].Renewable Energy and Environmental Technology, 2013, (09) :364-366.

[3]唐永刚, 秦兰双.基于模/数转换器和嵌入式计算机的数据采集系统[J].电子元器件应用, 2003, 5 (10) :19-21.