地面稳定性（共3篇）
地面稳定性 篇1
摘要：提高地面测报工作的质量, 在短期内也许是易事, 而要长期保持高质量的地面测报工作则决非易事。笔者经过对《天气学》、《气象学》、《气候学》、《地面气象观测》等理论知识学习和实际工作经验, 从地面观测仪器的安装使用、观测员的综合素质及台站环境等初步思考出对提高地面测报质量和测报质量的稳定性的条件和质量不高的原因, 从而提出如何才能保持地面测报质量的稳定, 为在今后的实际工作中进一步完善。
关键词：地面,测报,质量,思考
地面测报质量的高低和稳定直接影响气象事业的可持续发展, 而测报质量它不尽是数据观测无误, 还应包括其他因素, 如气象仪器的性能和精度, 观测环境的保护等。只有正确理解地面测报质量的内在含义, 才能正确认识地面测报工作的重要性, 本文首先从地面测报质量不高的原因进行分析, 然后找出如何才能提高地面测报质量的方法。对地面气象观测者正确认识气象工作的重要性具有现实意义。
1 地面测报质量不高的原因分析
1.1 高度的工作责任感和正确的职业道德观念
每一个观测员都知道测报工作的宗旨是什么, 目的是什么, 《地面观测规范》中的内容是什么, 如果不把这些落实在实际工作当中, 于是, 迟测、早测者有之;涂改伪造者有之;天气现场不连续观测随便记录者有之;冬季不溶冰观测者有之等。因此所获得的资料也就失去其真实性。如果每个观测员都有高度的工作责任感和正确的职业道德观念, 就都能避免前面不正确的观测方法, 观测的资料也就有其 “三性”价值, 同时也给测报质量和报表的预审打下良好的基础。另外, 只懂得地面气象观测而不懂天气学、气象学、气候学就无法判断数据的相关规律, 就不能正确判断云、能、天。例如:锋面云系过境是云的前后顺序, 它伴随的天气现象有哪些?地方性云有那几种, 它的生成原理和发展与消失的过程及伴随的天气现象有哪些?指示性云有哪几种, 它代表的天气意义是什么等。
1.2 气象仪器性能、安装使用与维护
气象仪器性能的好与坏直接影响观测数据的准确性, 再好的观测员必须依靠仪器来测定数据, 不可能用自身的感觉来判断数据。地面气象观测的许多项目都是通过固定在观测场内的各种仪器进行的, 所以, 仪器的性能如何, 安装是否正确, 维护与使用是否得当都对资料的代表性、准确性、和比较性有极大的影响。我们国家还有不少观测站用的是五十年代的气象仪器, 我国虽然在五十年代就建立了专门生产气象仪器的工厂, 气象仪器得到了及时的补充和完善, 据了解气象仪器的更新和换代少, 不少仪器还用前苏联的模式, 仪器的性能较差, 有些仪器的防护层脱落还在使用, 操作起来也很不方便。多年来对压、温、湿、雨量、风等地面观测自记仪器改进不大。除仪器本身外, 还有它的安装与使用, 精度高性能好的仪器如果不按地面气象观测规范的要求进行安装仍会影响观测记录的准确性, 如不了解它的性能、技术指标和操作方法也会直接影响观测质量。如在使用当种不按规范要求加以维护就会对观测数据的准确性产生影响。
1.3 观测环境
观测环境的好坏直接影响观测数据的质量, 我国对气象观测环境有严格的规定, 以法律法规的形式加以保护, 气象部门对气象观测环境也有严格的技术指标, 各级地方政府也出台了保护气象探测环境的地方性法规。但还有不少地方气象观测环境得不到保护, 观测场周围种植高杆作物, 在规定的范围内还有树木和建筑, 在观测场的上方还焚烧垃圾, 山区台站还经常听到隆隆的炮声, 个别地方的炮声还给能给自记记录做记号, 直接影响观测记录的准确性, 对测报数据质量的稳定带来一定的影响。
1.4 业务检查不到位, 规章制度执行不严格
虽地面气象观测规范及相应的业务技术规定对观测程序、方法和有关业务问题的处理都有明确的规定, 但由于每个测报员的综合素质有一定的差异, 对业务技术的理解能力也存在差异, 加之上下缺乏信息反馈, 导致业务技术问题处理不当, 观测数据缺乏准确性, 个别台站对上级业务部门规定的业务自检、集体观摩、业务学习执行不严, 这些都是云、能、天观测不准的主要原因。
2 如何才能保持地面测报质量的稳定性
1) 丰富的业务知识和过硬的业务技术。
地面测报工作是气象工作的基础, 它可为天气预报、气象信息、气候分析、科学研究和气象服务提供重要的依据。测报质量的好坏, 直接影响服务效果。全面提高测报质量是气象工作的百年大计, 作为一个观测员, 首先必须经过系统的专业学习, 在实际工作中加以完善、提高才能胜任观测工作, 做为一个观测员, 并不是在值完给自己安排的班后就没事了, 把所有的工作都推给预审员和校对员, 这显然是不对的。还应该有预审员的事业心和责任心, 应该在每值完成一时次观测后, 应严格按照测报工作流程校对记录, 交班前再把自己的当天记录和上一班的记录进行对比初审, 看是否有漏读、误读现象, 是否调整了最高、最低温度表, 对云、能、 天和降水、蒸发、日照等记录进行分析比较, 判断其是否有矛盾, 定时观测与极值之间是否有矛盾, 冬季融冰的时间是否得当等。为了更好地进行地面测报工作, 提高测报质量, 根据这几年的年的理论学习和实际操作, 还应注意以下几点。 一是慎之又慎, 地面气象测报技术规定条目繁多, 加上天气变化纷繁复杂, 稍有不慎极易疏漏。所以不论工作时间长短, 对待每次观测都要集中精力, 全力以赴。始终保持清醒头脑, 遇到某种天气现象时, 应深入思索广泛联想, 防患于未然。如出现降雪, 应马上考虑到在规定的时间测量雪深, , 编发重要天气报还不能忘记, 还要考虑选择在哪个定时发等一系列问题。 二是严之又严, 规范要求测报员对待工作要树立高度负责的精神, 坚持实事求是, 严守岗位, 密切监视天气演变;严格执行规范规定和岗位责任制;严肃对待每项观测、每个数据、每份电报、每份报表。 三是细之又细, 地面测报工作特点是技术规定内容多, 要提高质量, 消灭错情, 主要靠细心, 靠理解了各项规定后的科学记忆。另外测报技术比较严密, 因此, 在学习和掌握上需严格分清各项规定或定义的概念、条件和数据界限, 如遇天气现象编电码时应分清“观测时”、“观测前一小时”、“过去一小时”的使用。不可存在侥幸心理, 没把握时必须查阅有关技术规定, 切实做到眼到、手到、心到。真真做到“四懂得”、“一熟记”、“一熟练”。四是实事求是, 测报工作必须坚持实事求是的原则, 对气象测报工作来说, 在正确全面地理解有关定义和规定的前提下, 如实记录和报告所观测到的气象要素和天气现象是不可动摇的原则。与此相反, 弄虚作假, 涂改伪造是测报工作的大忌, 必须坚决杜绝。真正做到每一个班达到无错情。真正做到严格守时, 真实精确。
2) 加强校对工作做到准确无误。
在地面测报工作中, 校对工作也是不容忽视的。首先是机内数据和观测薄进行校对;其次是报表和观测薄的校对, 应一个个数据、一个个项目的逐日校对, 做到日清、旬清、月结;再一个是报表输入后的校对。经过这一环扣一环的校对, 才能保证测报质量的稳定。
3) 把好预审关。
要成为一个好预审员, 必须是一个好观测员, 他必须经过正规的专业系统务习, 必须有丰富的实际工作经验, 必须掌握丰富的业务知识和处理技术问题的技能, 其次是通过值班、跟班锻炼, 把丰富的知识运用到实际工作中去, 把学到的理论知识通过一整套程序:云、能、天、电码、编发报等内容的实际观测, 联系实际, 加深理解, 同时有针对性的对较复杂的天气反复比练, 并记下笔记加深记忆, 积累经验, 除此之外还要不断拜老同志为师, 虚心学习别人的长处, 提高自己的观测能力和处理处理日常工作中难点、疑点问题的技能, 掌握其过硬的测报技术, 以保证自己在工作中得心应手, 能够较稳定的长期保持高质量的观测。 每值一个班不但要把好自己的质量关, 还要对所以值班员的记录加以校对, 不能走过场, 更不能敷衍了事。在月底预审中应确保重点, 全面审核, 不要有丝毫的侥幸心理, 应每一个数据每一个项目层层预审把关。同时还应该注意统计项目, 找出矛盾, 逐项解决。另外, 在预审中不要把所有的工作都推到月终处理。这样容易造成急躁, 使预审的质量不高, 平时应该做到日清、旬清, 最后再全面审核, 层层把关, 保证出门合格, 按时上报。预审完后不能急于上报, 还要召集全体测报人员对预审出的问题通报, 征求意见, 分析问题和处理问题, 确保出现的问题人人知道, 处理的方法人人明白。 我认为只要充分做好上预审工作, 就能较好地完成地面测报工作。
4) 把好仪器使用关确保安装准确使用维护得当。
气象仪器的好坏直接影响测报数据的准确性, 笔者认为所有台站都要全部实行气象仪器规范化 (含现用仪器、安装、维护及备用仪器等) 。每个观测员必须掌握地面仪器的构造、性能及工作原理, 并能正确的安装、操作、维护和观测。特别是自记仪器, 它的工作原理和机件结构较为复杂, 只有能熟练掌握, 操作和维护才能得心应手, 遇到问题能够及时处理, 保证记录的连续性、可靠性。
5) 保护好观测环境。
气象探测环境, 是指为避开各种干扰保证气象探测设施准确获得气象探测信息所必需的最小距离构成的环境空间。为了气象观测数据的准确性, 我国《气象探测环境和设施保护办法》已经施行。各个气象台站根据此办法保护气象探测环境和设施, 保证气象探测环境得到保护, 确保获取的气象探测信息具有代表性、准确性、比较性, 提高气候变化的监测能力、气象预报准确率和气象服务水平, 为国家经济建设和人民生活提供可靠保障。因此, 各个气象台站的保护区应划分为核心保护区、基本保护区、外围保护区。各类无线电台 (站) 不得对气象专用频道、频率产生干扰。气象通信线路和设施不得被挤占、挪用、损坏, 以保证气象信息及时、准确地传输。各级气象主管机构应将气象探测环境和设施保护的标准报送当地人民政府及其有关部门备案, 并立碑保护。城乡规划、建设、国土等有关部门, 在审批可能影响已建气象台站探测环境和设施的建设项目时, 应当事先征得有审批权限的气象主管机构的同意, 未经气象主管机构同意, 有关部门不得审批。新建、改建和扩建气象台站和设施, 更应当符合气象探测环境和设施的保护标准。只有这样才能保持观测数据的连续、准确和稳定。
6) 加强业务检查和指导。
严格执行地面气象业务规章制度 笔者认为上级业务部门应定期和不定期的对所管辖的台站业务进行督察和指导, 对检查出的问题应认真分析原因, 避免在今后的工作中出现犯类似问题, 对每位观测员在上岗前进行培训, 对不合格不能上岗, 对已合格上岗但业务质量不过关者应继续培训, 培训应注意理论与实际相结合, 上岗证中的内容应包括笔试和实际操作两部分, 使之成为名副其实的观测员, 这有这样才能确保地面测报质量的稳步提高。
3 小结
(1) 扎实的理论基础和良好的职业道德是保持地面测报质量的基础。
(2) 严格执行《地面气象业务规章制度》是保持地面测报质量稳定的基本保证。
(3) 严格遵守《地面气象观测规范》和业务技术规定是观测记录为天气预报、气候分析、科学研究和气象服务提供重要依据。
(4) 熟练掌握地面气象观测仪器和业务软件的技术、操作手册中的有关内容是顺利完成地面气象观测任务的必要条件。
(5) 保护好地面观测环境才能是气象观测数据符合“三性”要求。
参考文献
[1]宗曼华, 王晓辉, 刘小宁。地面气象观测规范[M].气象出版社, 2003:1-2, 5-15.
[2]谭海涛, 王贞龄, 姚士元.地面气象观测.气象出版社, 1980:1-10, 279-315.
地面稳定性 篇2
关键词：地面稳定性,丁字湾
丁字湾濒临青岛的即墨和烟台的海阳、莱阳这两市三县, 是山东半岛蓝色经济区的重要产业聚集区。丁字湾海上新城规划发展重点是海岸整治、湿地修复、游艇产业、房地产产业和海洋高新科技产业, 功能定位是海上新城。因此开展该区域的地面稳定性评价十分必要。
为达到区域地面稳定性评价的结果清晰简洁、合理反映出区域地面稳定性等级的目的, 采用专家聚类法 (亦称总分法) 进行评价。评价过程:首先拟定评价因子, 给定各评价因子量化、分级标准, 其次采用傅勒三角形法确定各评价因子的权重, 然后根据调查资料和已有资料分别对各评价单元的单项因子进行量化、分级, 最后根据单项因子量化结果、权重, 计算评价单元的总分值, 并根据计算出的总分值进行地面稳定性分区。
1 评价因子权重的确定
经过组织具有高级及以上职称的水工环地质专家根据傅勒三角形对各评价因子的重要性进行评判, 经统计计算, 确定各因子的权重。将评价因子A (其它因子分别进行比较, 在认为对地面稳定性影响较重要的因子上画一圆圈, 同样把其它组依次进行比较, 圈定较重要因子, 然后进行统计, 计算因子的权重。
(1) 评价指标的选取与权重分配。根据山东半岛蓝色经济区地区具体特点, 将地面稳定性划分为稳定性良好区、稳定性中等区、稳定性较差区及稳定性差区四个级别, 因此, 每一种标志又按4个稳定性级别进一步细分, 如“ⅠS12”意义为:Ⅰ代表稳定性良好区 (Ⅱ代表稳定性中等区、Ⅲ代表稳定性较差区、Ⅳ代表稳定性差区) , S代表稳定性, 12分别代表第1大类、2亚类标志, 其余类推。
区域稳定性评价标志如下:
S1—工程地质条件:43.75%
S11—地貌与岩土体类型:权重分配18.75%
ⅠS11—基岩山区或盖层较薄的山区, 岩性多为火山岩、花岗岩等坚硬岩石, 得分为7-10分;
ⅡS11—丘陵平原交互地带, 上部为冲洪积的粘性土、砂土夹砾石, 下伏基岩, 得分为5-7分;
ⅢS11—平原区, 以冲洪积砂土、粉质粘土、粘土为主区域, 得分为3-5分;
ⅣS11—滨海海积平原粉土、砂土和盐渍土, 得分为0-3分。
S12—不良工程地质体:权重分配25%
ⅠS12—无液化土及软弱土层分布, 得分为10分;
ⅡS12—砂土液化轻微或软弱土层厚度<1m, 得分为5分;
ⅢS12—砂土液化中等区或软弱土层厚度1-2m, 得分为2.5分;
ⅣS12—砂土严重液化区、人工填海造陆用填土区或软弱土层厚度>2m, 得分为0分。
S2—环境地质条件:权重分配31.25%
S21—地质灾害 (崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降、地裂缝等) 发育程度及对工程建设的影响程度:
ⅠS21—地质灾害不发育, 对工程建设无影响, 得分7-10分
ⅡS21—地质灾害发育程度弱, 对工程建设影响小, 得分5-7分
ⅢS21—地质灾害发育程度中等, 对工程建设影响较大, 得分3-5分
ⅣS21—地质灾害发育程度强, 对工程建设影响大, 得分0-3分
S3-海岸带变迁:权重分配12.5%
ⅠS31—海岸带基本无变化, 得分为7-10分;
ⅡS31—海岸带变迁中等变化 (海蚀、海积、人工填海造陆) , 得分为5-7分;
ⅢS31—海岸带变迁较剧烈 (海蚀、海积、人工填海造陆) 得分为3-5分;
ⅣS31—海岸带变迁剧烈 (海蚀、海积、人工填海造陆) , 得分为0-3分
S4-活动断裂与地震:12.5%
S41-活动断裂分布:权重分配6.25%
ⅠS41—活动断裂不发育, 得分10
ⅡS41—活动断裂零星分布, 活动性弱, 得分5 (5公里缓冲带)
ⅢS41—活动断裂断续分布、活动性较强烈, 得分2.5 (5公里缓冲带)
ⅣS41—活动断裂带状分布、活动性强烈, 得分0 (5公里缓冲带)
S42-地震烈度:权重分配6.25%
ⅠS42—Ms<5, 得分10分
ⅡS42—5≤Ms≤6, 得分5分
ⅢS42—6<Ms≤7, 得分2.5分
ⅣS42—Ms>7, 得分0分
(2) 单元总分值的计算。由各个因子的实测值或计算值根据分级标准和评分标准, 得出各因子的分值, 然后采用公式1-1计算出各评价单元的总分值。
(3) 地面稳性评价及分区标准。根据全区地面稳性综合调查点, 经过因子分化, 给定单项因子基本分, 依照前述方法计算出每个评价点的地面稳定性综合评价分值, 按表1-1中所列的地面稳性综合评价分级标准, 对区内的地面稳定性进行分级, 然后进行分区评价。
2 评价结果
利用mapgis把丁字湾海上新城按1km×1km单元网格剖分, 共剖分650个网格。利用EXCEL强大的计算功能通过对每个单元格进行统计打分, 得到各单元的地面稳定性评价结果 (见图1-1) , 然后根据实际调查情况进行必要的修正。
把单元格的计算结果导入mapgis中, 根据单元格的计算值利用mapgis自动生成等值线。根据丁字湾海上新城评价结果, 工作区分为良好区、中等区及较差区 (图1-2) 。
良好区主要分布该区地貌类型主要为丘陵地貌及残破积平原, 局部存在淤积的软弱土层, 工程地质条件好;区内无大型矿山开采, 地质灾害发育弱;区域上无活动断裂, 地震烈度为Ⅵ度区, 稳定性较好;海岸带变迁微弱。综合判定地面稳定性良好。
中等区主要分布在五龙河入海口及潮里周边沿海区域。这些区域主要为海边淤积的平原, 存在海水入侵、盐碱化等环境地质问题, 局部存在软土层等不良工程地质体。无活动断裂, 地质灾害不发育, 地面稳定性为中等。
较差区主要分布在丁字湾附近的填海造陆区, 原为养殖区、盐田、砂泥。该地区为填海造陆区, 存在人工填土等不良工程地质体, 工程地质条件较差, 海岸带变迁剧烈, 区内地质灾害不发育, 无活动断裂穿过, 地震烈度为Ⅵ度区, 综合判定地面稳定性较差。
3 建议
在适宜性较差区莱阳穴坊、海阳潮里滨海平原分布有软土, 压缩性高, 并且土壤盐渍化严重, 存在大量的盐渍土, 工程建设时应充分考虑水土对工程基础的腐蚀性, 提前做好防范措施, 进行工程建设时必需进行地基处理。
参考文献
[1]陈文杰.基于GIS的地壳稳定性评价.分析研究[J]2010.5 (1) .
[2]田德培, 王兰化, 王丽瑛, 环渤海地区区域地壳稳定性分区与评价.地质调查与研究[J]2005.28 (1) .
[3]杜建军, 马寅生, 谭成轩等京津地区区域地壳稳定性评价.地球学报2008.29 (4) .
地面稳定性 篇3
目前, 多桥转向技术理论还不是很成熟, 对多桥转向车辆操纵稳定性的影响因素进行深入研究对提高多桥转向车辆的安全性和机动灵活性有重要的意义。本文从实用角度出发, 以某型九轴全地面起重机为研究对象, 对多轴转向技术进行分析, 建立了研究对象全轮转向的二自由度车辆模型, 分析了不同转向模式下车辆的横摆角速度、车身质心侧偏角与车速的关系, 提出了加入DYC控制的零侧偏角控制策略。
1 九轴车辆全轮转向模型
1.1 转向方案
某型九轴汽车底盘采用的转向方案为:前5个转向桥上的车轮由机械驱动装置和转向助力装置配合实现转向, 后4个转向桥上的车轮根据转向控制装置的控制信号分别由液压驱动装置实现转向。
车辆行驶过程中, 根据车辆第一桥的转向角度, 当前所处的转向模式, 方向盘的转动方向、转动角度以及行驶速度, 通过预定的控制策略, 计算后四桥各桥的期望转向角度并根据后四桥各桥的实际反馈角度, 向电磁阀发出控制命令, 控制后4个转向轴上的中位锁定油缸锁定或解锁, 从而控制相应的转向油缸驱动转向轴上的车轮, 实现全轮转向。
1.2 二自由度车辆模型
九轴全轮转向车辆可简化为线性二自由度车辆模型, 如图1所示。其坐标系定义如下:车辆行驶的正方向为x轴正方向, y轴方向垂直车身指向左侧, 垂直地面向上方向 (即重力的反方向) 为z轴正方向。图中O为车辆质心, O′为车辆转向中心在车身上的投影, (35) 为车辆转向中心在车身上的投影点O′到质心O的距离。
参照图1, 由车辆沿y轴的力平衡与绕质心的力矩平衡, 可得
整理得二自由度九轴全轮转向车辆的运动微分方程为
式中m—车辆总质量 (kg) ;
ki—第i轴的综合侧偏刚度 (N/rad) ;
r—车辆横摆角速度 (rad/s) ;
Iz—车辆绕z轴转动惯量 (kg·m2) ;
li—第i轴轴线到车辆质心的距, 第i轴在车辆质心的前方取正, 反之取负 (m) 。
2 转向瞬态响应特性分析
车辆在运动过程中各参数 (如横摆角速度、质心侧偏角等) 的变化规律可根据运动微分方程, 采用状态方程的方法获取参数的时域响应, 利用传递函数获取参数的频率响应[4]。
将二自由度九轴全轮转向车辆的运动微分方程式转化为状态空间方程
利用横摆角速度、质心侧偏角与一轴输入转角间的传递函数, 可以求出这些参数在不同转角输入下的频率响应特性, 由运动微分方程和各轴的转角比例系数得
式中
其中, Li为第i轴轴线到车辆转向中心在车身上投影点的距离 (m) , Li=li- (35) , 正负方向同li。
3 加入DYC控制的零侧偏角控制策略
横摆角速度和车身侧偏角是决定车辆转向性能的两个重要参数, 前者反映了汽车绕自身中心旋转的状态和程度, 后者反映了汽车偏离行驶方向的程度。转向控制系统设计的思路是使车辆在转向时跟踪理想情况下的横摆角速度和车身侧偏角, 并以此来判定车辆的行驶状态。
零质心侧偏角的转角比例控制策略的目标是使车辆稳态转向时其质心侧偏角为零, 且不同转向模式下车辆的各轴车轮转角能够成比例控制, 其原理如图2所示。
结合Ackerman定理, 可得各轴等效转角与前轴等效转角的比例系数
车辆横摆角速度稳态增益表达式
采用零侧偏角比例控制策略的车辆高速行驶时横摆角速度稳态值降低幅度过大, 容易导致过多或不足转向, 转向灵活性降低。为改善零侧偏角比例控制产生的过多或不足转向, 在零侧偏角控制策略中加入直接横摆力矩控制 (DYC) , 通过主动对一侧车轮制动, 产生一个附加的横摆力矩MZ作用于车身上, 从而改变l车辆的运行状态, 控制车辆的操纵稳定性。
DYC控制器的原理如图3所示。首先在上层控制器中建立一个能够描述车辆理想运动轨迹的期望值模型, 该期望值模型可以根据当前的方向盘转角和车速信息, 计算出理想状态下的车辆行驶参数, 如横摆角速度和质心侧偏角等;然后从传感器采集到实际的车辆横摆角速度, 结合由其他传感器数据估算出来的质心侧偏角, 与期望值进行比较;若实际横摆角速度和质心侧偏角的数值与期望值相差较大, 则由事先设定好的控制策略判断出该对哪个车轮进行主动制动, 并且计算出纠正车辆回到期望状态所需要的横摆力矩, 即附加横摆力矩, 然后将相关结果输入到下层控制器中。下层控制器根据附加横摆力矩的大小, 计算出要实施主动制动车轮的纵向力变化量, 然后送入滑移率控制器或者制动力矩控制器实施控制。
根据稳态转向时的车速和转向半径得理想的横摆角速度rd的表达式
式中:V为车速, 1为一轴内轮转角, S为轮距。
添加横摆力矩MZ后, 式 (2) 改写为
状态空间方程 (3) 的B矩阵改写为
输入向量改写为其中, 横摆力矩MZ的控制可以通过控制各个车轮的驱动力矩来实现[7], 通过PID控制理想横摆角速度与实际横摆角速度的比较值, 得到左右车轮驱动力矩的差值, 从而使左右车轮的驱动力矩分别增加和减少, 以产生附加横摆力矩, 控制车辆的横摆运动, 控制模型如图4所示。
4 实例分析
以某型九轴全地面起重机为例, 对其3种转向方案:前轮转向, 前五轴机械转向和电控转向 (加入DYC控制的零侧偏角控制策略) 在低速 (10km/h) , 高速 (60km/h) 工况下进行对比分析。车辆的主要技术参数如表1所示。
对该车辆进行前轮转角阶跃响应, 稳态增益仿真对比, 车辆横摆角速度, 车身质心侧偏角阶跃响应进行对比, 分析结果如下。
1) 采用加入DYC控制的零侧偏角控制策略的电控转向技术后, 车辆行驶速度对横摆角速度的影响较小, 高低速变化不大, 横摆角速度稳态趋于平稳, 且稳态时侧偏量不受车速影响。而采用前轮转向和前五轴机械转向方式时, 车身质心处的侧偏角稳态值随车速变化起伏较大, 且车辆在高速行驶转向时, 侧偏明显, 行驶安全性不如前者。
2) 时域特性上, 3种转向方式在低速转向时的性能比较接近, 但在高速时其性能有明显区别, 电控转向的性能最优。频域特性上, 前轮转向和机械转向比较接近, 而电控转向车辆其横摆角速度在低频段相位滞后于前轮转向和机械转向车辆, 响应较为迟钝, 但在高频段相频曲线优于两者, 电控转向车辆侧偏角频域特性表现最优。
总体上看, 3种转向方式中, 电控转向的系统频率响应更快捷, 转向过程更平稳, 零侧偏角控制策略中加入DYC控制后, 反应时间加快, 稳定时间缩短, 不足转向得到改善, 且质心侧偏角能控制在较小的范围。
5 结论
本文以某九轴全地面起重机为例, 对其转向特性进行了分析, 建立了九轴全地面起重机全轮转向二自由度模型, 基于零质心侧偏角控制策略, 推导出各轴的转角比例系数, 相关的状态空间矩阵及横摆角速度、质心侧偏角的传递函数, 分析了零侧偏角比例控制策略的优缺点, 以及DYC控制在改善零侧偏角比例控制的不足转向方面的作用。对九轴全地面起重机3种转向模式下的操纵稳定性进行了分析比较。结果表明, 采用加入DYC控制的零侧偏角控制策略能保证车辆在转向时横摆角速度对车速不敏感, 瞬态响应和频率响应性能提高, 不足转向得到改善, 车辆操纵稳定性、行驶安全性和乘坐舒适性得到提高。
参考文献
[1]王云超, 高秀华, 陈宁.多轴转向车辆动态转向控制策略研究[J].专用汽车, 2009, (8) :46-49.
[2]张小江, 高秀华, 赵建国, 等.多轴转向车辆零侧偏角控制策略研究[J].农业装备与车辆工程, 2008, (6) :13-15.