车辆稳定控制（精选9篇）
车辆稳定控制 篇1
0 引言
车辆稳定控制系统(vehicle stability control systems,VSC)因其能够防止车辆发生激转、漂移以及转向不足等危险情况而日益受到人们的重视并逐渐被商业化[1,2,3]。这类稳定控制系统也经常被称为横摆稳定控制系统(yaw stability control systems,YSC)、电子稳定控制系统(electronic stability control systems,ESC)和电子稳定程序(electronic stability program,ESP)。车辆稳定控制系统的作用就是修正车辆横摆角速度因各种原因而发生的偏差,使车辆尽可能恢复到正常运动,以便车辆能够按照驾驶员所期望的路径行驶[4,5]。
目前车辆稳定控制系统主要是采用差动制动的方法,即在不同的车轮上分别施加不同的制动力,以便产生一个附加横摆力矩,从而让跑偏的车辆恢复正常行驶。通常的控制策略是,当车辆发生不足转向时,则在后内轮上施加一定的制动力,当发生过度转向时,则在前外轮上施加相应的制动力,这种控制经常是交替执行,快速切换的。这类系统通常还包括对节气门的控制从而降低发动机的输出扭矩。
这种控制方法的优点是,当车辆遇到危险工况时可以有效地避免事故的发生。比如在高速公路上行驶,如果前方车辆突然减速、停车,或者有散落物,则在躲避障碍的同时,车速也有一定的下降,这种控制方法非常有利于躲避障碍。
然而,这种车辆稳定控制系统有一个明显的不足:当需要加速超车时,即使车辆能很好地按照期望的路径行驶,但由于车速下降,超车的距离势必会延长,降低了驾驶的乐趣。本文试图研究一种车辆稳定控制策略,即同时兼顾安全和驾驶动感,在需要加速转向超车时,采用驱动力分配方法;在紧急避障时,采用差动制动方法,从而使得车辆稳定控制系统适用于更为复杂的工况[6,7]。
1 车辆动力学分析
目前车辆稳定性控制研究主要是基于二自由度理论模型,忽略悬架、车身、传动系,只考虑横摆运动、纵向运动和Z轴转动惯量对车辆转向的影响,而忽略了前倾运动和侧倾运动对车辆转向的影响。根据汽车理论相关知识可以得出二自由度汽车的运动微分方程式:
式中,a、b分别为质心到前后轴的距离;m为车辆质量;k1、k2分别为前轮、后轮等效侧偏刚度;β为车辆质心侧偏角;ω为车辆横摆角速度;Iz为Z轴的转动惯量;δ为前轮转向角;u为车速;M为横摆力矩。
对式(1)进行整理,并令状态向量xT=(ω,β),输入向量uT=(δ,M),可得状态空间表达式:
其中,A为系统矩阵,B为输入矩阵,矩阵中的元素分别为
对于理想的二自由度车辆模型,由于假设路面和轮胎之间附着条件足够好,故理想的横摆角速度为[8?9]
根据式(3),可以求中性转向时车辆的理想横摆角速度,它仅与车速和前轮转角的大小有关。在车辆稳定控制系统中,通过控制制动力矩和驱动力矩即横摆力矩M的大小来控制实际的横摆角速度,并将其与理论横摆角速度相比较。根据比较结果采取相应的控制策略。
2 车辆稳定控制策略
车辆稳定控制系统是在制动防抱死系统(anti-lock braking system,ABS)和牵引力控制系统(traction control system,TCS)的基础上发展起来的。除了轮速传感器外,该系统一般还包括方向盘转角传感器、车身横摆传感器。在本文设计的稳定控制系统中,还将用到节气门开度信号、制动踏板信号,在实际的应用中,可以通过总线技术实现共享。
控制系统不断地将实际横摆角速度和理想横摆角速度进行比较,满足下面两个条件时稳定控制系统将被启动:
式中,ωr为车辆实际横摆角速度;Tω为横摆角速度阈值,Tω经多次仿真试验最终取为0.05rad/s。
式(4)确保只有在车辆实际横摆角速度与期望横摆角速度符号(矢量方向)相同时,稳定控制才被启用。式(5)防止在正常行驶时实际横摆角速度与期望横摆角速度的差值很小的条件下控制系统被启动。
(1)稳定控制系统被启动后,如果检测到节气门位置传感器输出的电压在2.5~4.5V之间,则认为驾驶员要加速超车,这时启动驱动力分配系统子程序来调节驱动轮左右两侧的驱动力大小。根据实际横摆角速度与期望横摆角速度相比较后的误差来进行驱动力分配控制,主要是调节两侧驱动力所占总驱动力的百分比,采用阶梯式方式增大一侧驱动力,同时相应地减小另一侧驱动力,从而使实际横摆角速度接近期望横摆角速度。如果在驱动力调节的过程中,电子控制单元检测到实际横摆角速度与期望横摆角速度差值大于设定的某个阈值,则启动后轮差动制动,如图1所示;如果横摆角速度大于设定的阈值上限,则自动关闭节气门,对4个车轮进行差动制动,以使实际横摆角速度尽快恢复正常。
(2)稳定控制系统被启动后,如果检测到制动踏板被踩下,则启动差动制动进行横摆角速度跟踪控制,这时仅限于对2个后轮进行调解。如果横摆角速度大于设定的阈值上限,则4个车轮同时进行调解。具体是,如果是过度转向,则外侧车轮同时进行制动;如果是不足转向,这时需要根据前轮的转角判断前轮是否和后轮一起进行制动。
车辆稳定控制策略流程如图2所示,图中,Tb、Tt分别为差动制动时横摆角速度阈值和驱动力分配时横摆角速度阈值。
3 车辆稳定控制仿真
根据上述稳定控制原理分析,采用动力学分析软件ADAMS/Car进行建模,建立了全功能车辆多体动力学模型,包括发动机、传动系、悬架、轮胎、制动系、转向系、车身等子系统。采用Simulink进行联合仿真,所有的控制算法包括驱动力分配和制动力分配控制都在Simulink中实现。仿真所针对的车辆的主要参数见表1,多体动力学模型如图3所示,联合仿真控制模型如图4所示。
4 仿真结果分析
根据对车辆高速超车和紧急避障工况的分析,可将其近似归结为急促移线行驶,试验工况如下:车道宽度12m,从左侧移线入口,车速为140km/h,汽车进入通道后,前进车速尽量保持不变,双移线期望运行路径如图5所示。仿真计算得到的结果如图6、图7所示。
图6所示为有无启动车辆稳定控制系统时的车辆横摆角速度,图中的理想横摆角速度是根据式(3)计算出来的。从图6不难发现,在进入第1个弯道时,前轮的侧向力饱和,达到路面附着力极限,控制系统没有被启动,车辆发生轻微的漂移;进入第2个弯道时,稳定控制系统启动,调节两侧驱动轮的扭矩,由于提供了一个附加的横摆转矩,故横摆角速度有一定的减小。没有稳定控制系统(未启动)的车辆在这个区间将变得极不稳定,最后由于后轮侧向力超过了路面附着力极限而发生了激转。装备了稳定控制系统的车辆能够很好地按照驾驶员的期望路径行驶,如图7所示。
5 结论
(1)对车辆高速超车、避障过程进行了分析,采用基于制动力和驱动力分配的方法对车辆稳定控制策略进行设计。
(2)应用虚拟样机技术建立了车辆多体动力学模型,采用联合仿真的方法对控制策略进行仿真验证。双移线仿真结果表明,采用本文提出的车辆稳定控制系统可以使车辆尽可能地按照驾驶员的期望路径行驶,同时还能保持驾驶的动感和乐趣。另外在仿真中也发现,过高的车速会降低车辆稳定控制系统的使用效果。
参考文献
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[9]Bonnick A.Automotive Computer Controlled Sys-tems[M].Oxford:Butterworth-Heinemann,2001:9-28.
车辆稳定控制 篇2
电话：***
一、填空题
1.交直流整流器机车主电路的能量传递是从接触网25KV工频交流供电，经由主变压器和 _________转换为可调节的直（脉）流电压，使直（脉）流牵引电动机实现拖动任务。P11电2.平波电抗器的作用是_________________。P13 3.交流传动电力机车的特性取决于________和_______的要求。P21 4.抗器的作用是___________、___________。P15 5.电力机车为实现能量的传输与转换，主要设备有______、_____和______三部分。P17 6.电力机车特性曲线中额定频率以下采用_______控制；额定频率以上采用_______控制。P21 7.磁场削弱的目的是扩大________________的范围，充分利用机车的______。P28 8.对机车起动的基本要求是：。P44 改变励磁绕组的电流的方法有 和 两种。P29 9.对于直流电力机车和整流器电力机车，起动时的主要限制条件是。P44 10.电传动机车一般有 和 两套制动系统。P52 11.根据电气制动时电能消耗的方式，电气制动分为 和_____两种形式。P52 12.采用串励牵引电机的电力机车在进行电阻制动时，必须首先切断_____与____ 的联接，使电机电枢与制动电阻接成回路。P54 13.制动力特性是指 与 的关系。P56 14.他励电阻制动控制方式、和 三种。P57 15.电气制动是利用电机的 原理。P52 16.牵引电动机支路出现短路、电机环火、过载等故障时，过流保护是通过各电流传感器111SC、121SC、131SC和141SC→ →主断路器分闸来实现的。P122 17.劈相机正常采用____分相启动；故障时，采用_____代替劈相机后的_____分相启动。P100 18.交流电量的检测一般采用_____；直流电量的检测一般采用_____。P77 19.辅助电路的保护有过电压、过电流、接地、及单相过载保护等。P122 20.辅助电路过流时，电流继电器282KC 吸合动作，使机车主断路器分闸，同时显示 信号。P124 21.过电压有 和 两种。P119 22.对大气过电压和操作过电压的保护措施是采用。P119 23.电力机车的辅助电路主要由、、组成。P96 24.电力机车的负载电路包括 和。P96 25.网侧过电压保护装置采用，以防止外部大气过电压。P122 26.辅机的过载保护用自动开关是 和 的方式执行保护任务的。P124 27.零压保护装置作为机车门联锁的 装置，在牵引变压器带电的情况下，确保各室门打不开，防止人身触电事故。P123 28.主电路由于电气设备或导线的绝缘损坏将会造成 故障。P120 29.牵引电动机主极绕组电路中并联固定分路电阻的作用是降低流过牵引电机主极绕组的电流，改善整流换向性能。P113 30.机车上110V控制电源由_____和_____组成。通常情况下两者_____共同为机车供电。P144 31.在SS系列电力机车电气线路中，联锁位置采用了通用的“、”的画法。P130
32.机车上的联锁方法有两大类，即 与。P131 33.电力机车的电气联锁方法有、、、。P131—P132 34.SS4改型电力机车的控制电路分为 和 两部分。P148 35.SS4改型电力机车的有节点控制电路根据各环节作用不同分为_______、_________、______、_______、________和_____等。P148
二、选择题
1.平波电抗器属于（P79）电路的电器设备。A.主、B.辅助、C.控制
2.（P150）常开连锁的作用是保证主断路器合闸时不带负载。A.568KA、B.539KT、C.567KA 3.制动电阻柜属于（P80）电路的电器设备。A.主、B.辅助、C.控制
4.下列属于主令电器的是（P128）A.司机控制器 B.接触器 C.继电器
5.SS4改型电力机车主电路采用（P78）整流调压方式。A.两段桥、B.不等分三段半控桥、C.四段经济桥 6.SS4改型电力机车有（P78）级磁场削弱。A.一、B.二、C.三
7.SS4改型电力机车固定磁场削弱系数β为（P79）。A.0.90、B.0.96、C.0.98 8.SS4改型电力机车主电路有短路、过流、过电压及（P122）等四个方面的保护。A.欠流、B.欠压、C.主接地
9.SS4改型电力机车电气设备中电压互感器的代号为（P81）。
A.TA、B.TV、C.TM 10.变压器次边过电压抑制装置是跨接在主变压器各次边绕组上的（P122）吸收器。A.RC、B.LC、C.RLC 11.SS4改型电力机车辅机过载采用（P123）过载保护装置。A.RC吸收电路、B.继电器、C.自动开关
12.主令电器属于（P128）电路的电器设备。A.主、B.辅助、C.控制
13.调速控制电路的配电由自动开关（P158）经导线465提供。A.600QA、B.602QA、C.604QA 14.劈相机故障切除，用第一台通风机（P152）起动代替劈相机。A.电阻分相、B.电容分相、C.直接
15.SS4改型机车磁场削弱只有当调速手轮转到（P159）以上才起作用。A.四级、B.六级、C.八级
16.辅助系统过流，通过辅助系统过流继电器（P124）来检测。A.101KC、B.202KC、C.282KC 17.SS4改型机车司机室操纵台上，主显示屏和辅助显示屏的显示数目都是（P163）个。A.28、B.32、C.36 18.（P165）电源由自动开关606QA，经导线640提供电源。A.前照灯、B.副前照灯、C.副后照灯
19.若整流电路全部由晶闸管组成，则构成（P31）整流电路。A不控、B.半控、C.全控
20.SS4改型机车整流调压电路中并联两个（P79），在正常运行时能吸收部分过电压。A.电阻、B.电容、C.电感
三、判断题
1.机车的速度特性是指机车牵引力与运行速度的关系。（P22）2.机车牵引力与机车速度的关系，称为机车的牵引特性。（P23）3.牵引电动机为更好地利用机车粘着力，一般采用全并联形式（P77）4.SS4改型机车Ⅲ级磁场削弱时，15R和16R同时投入，磁场削弱系数为(P30)
0.3。5.网侧出现短路时，通过网侧电流互感器7TA及原边过流继电器101KC，使主断路器4QF动作。(P122)6.SS4改型机车主电路接地保护采用接地继电器，这是一套无源保护系统。(P122)7.牵引工况下，每“转向架供电单元”设一套接地保护系统，除网侧电路外，主电路任一点接地时，接地继电器动作，通过其联锁，使主断路器4QF动作，实现保护。(P122)8.控制电路是为主电路服务的各种辅助电气设备和辅助电源连成的一个电系统。(P73)9.劈相机起动电阻备有两组，更换使用，若起动电阻均不能使用时，可将闸刀开关296QS倒向253C，改用电容分相起动。(P101)10.零压保护电路同时起到高压室门联锁阀的交流保护作用。(P123)11.控制电源柜由110V电源柜和蓄电池组成，通常二者并联运行，为控制电路提供稳定的110V电源。(P144)12.控制电源各配电支路均采用单极自动开关，它们既作为各支路的配电开关，可人为分合，又可作为各支路的短路与过流保护开关，进行保护性分断。（P147）
13.电力机车辅助电机一般采用调速方式启动。（P100）
14.电力机车属于无动力装置，从外界获取电能的动力装置。（P1）。15.电气化铁路是指以电力机车为动力的铁路。（P3）
四、简答题
1.平波电抗器在整流电路中起到什么作用？P13 2.SS4改进型机车辅助电路由哪些设备组成？辅助电路的作用是什么？P96 3.什么是加馈电阻制动？有什么优点? P59 4.主电路如何实现变压器次边短路保护？P122 5.SS4改进型机车控制电路由哪几部分组成？P148 6.牵引工况，预备环节的完成必须具备哪些条件？P157 7.电力机车电路是如何分类的？P73 8.对机车起动的基本要求是什么？P44 9.电传动机车一般有哪两套制动系统？P53 10.机车采用电气制动时应满足哪些基本要求？P53 11.他励电阻制动控制方式有哪几种？P57 12.机车在长大下坡道上运行是如何实现恒速控制的？P57 13.简述交直流电力机车工作原理
14.SS4改型电力机车的主电路结构有哪些特点？P78 15.再生制动有什么特点？P67 16.移相调压的特点是什么？P34 17.电力机车的辅助机组为什么要采用分别起动的方式？P100 18.SS4改机车主电路的构成？P78 19.目前电力机车上采用的机械联锁主要有哪些？P131 20.什么叫串联联锁？其特点是什么？P132
五、论述题
车辆稳定控制 篇3
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
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车辆稳定控制 篇4
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公司所属各单位、各部室：
集团公司《车辆管理制度》及《关于控制车辆燃油及维修费用的意见》经第81次总经理办公会议研究通过，现予以印发，请严格组织落实，切实抓好车辆成本控制和管理。同时废止威水务发[2005]17号文原《车辆管理制度》。
二○○七年五月八日
车辆管理制度
为切实加强车辆管理，实现车辆管理的规范化和制度化，本着“安全、高效、节约、及时”的原则，确保集团公司的办公、生产用车，制定本制度。
一、车辆使用管理
（一）集团公司后勤部负责集团公司各类机动车辆的统一调配和管理，拟定车辆的购置、报废意见，办理车辆的各类证件和年审缴费等手续。
（二）各单位配备车辆的日常保养由各使用单位负责，其他车辆的日常管理由后勤部负责。
（三）所有车辆必须保证各类证件齐全，安全设施有效，技术性能良好，否则，禁止出车上路。
（四）集团公司部分部门用车由后勤部派遣，各配备车辆单位用车由各单位按照工作轻重缓急自行安排。
二、车辆维修管理
（一）后勤部车管大队负责建立车辆管理档案，包括车辆的使用日期、技术性能和维修档案等内容。详细记录车辆每次维修状况，作为下次维修参考。所有车辆实行定点维修和保养，小修以各使用单位自修为主。当车辆确需维修时，由驾驶员填写《修车申请单》，经本单位主要负责人签字后，报车管大队审核，经确认属实、车管大队队长签字后，驾驶员持单到指定地点进行维修。维修时，驾驶员必须在维修现场检查维修内容和换件情况。维修完毕，驾驶员要认真检查和试车，合格后，在维修厂的修车单上签字确认。车管大队将每季对车辆的维修费用进行统一结算、审核、报销。未经申请而私自维修的车辆，一律不予报销。
（二）车辆所更换的零部件若与技术档案不符（如：轮胎的正常使用寿命在3-4万公里；蓄电池的正常使用寿命在2年等），车管大队将不予更换，并要按照集团公司的相关规定进行处理。
（三）因驾驶员责任心不强、维护不利、操作不当造成的机件损坏和发动机报废（如：不加机油和防冻液等）等引起的经济损失，由驾驶员个人承担损失的20%，并追究其相关责任。
（四）出差途中出现故障需进行车辆维修时，所更换的零部件要随车带回，维修票据要有随车领导的签字方可报销。
（五）根据集团公司各单位车辆野外工作多、车辆部件摩损大、损坏加快的特点，各单位车辆必须在行驶5千公里时更换机油，1万公里时更换空气滤芯。具体由驾驶员根据车辆行驶里程及时掌握实施。
（六）车辆的日常维护保养和清洁工作，由驾驶员在不影响出车任务的前提下自行完成，确保车况性能良好，车容车貌整洁。集团公司领导配备的车辆，每月一次经车管大队进行安全检查和维护保养。
三、油料管理
（一）后勤部根据各单位不同的工作性质和车辆状况，科学合理核定每辆车的单车耗油量考核标准，每周一、三、五，由后勤部派油管员持卡到加油站为各单位车辆加油，加油后由油管员登记，驾驶员签字。每月30日对各车本月的行驶里程与耗油量进行考核，超过考核标准的，由使用单位承担。
（二）出差途中加油的车辆，归队后单据须有随车领导的签字，并报油管员登记。
（三）特种车加油将另行考核。
四、驾驶员管理
（一）集团公司机动驾驶员的行政管理由所属单位负责。后勤部负责驾驶员的业务管理，包括驾驶员的业务学习、安全教育等。
（二）驾驶员要牢固树立一切为集团公司服务的思想，强化服务意识、责任意识、文明意识，高质优效的做好各项工作。培养良好的职业道德和行为规范，严格遵守集团公司的各项规章制度，不以车谋私。
（三）要树立安全第一，防范为主的思想。认真学习交通安全法规，提高业务水平，精心维护车辆，服从领导安排，提高工作效率，正点出车，不误时，不误事。
（四）实行车辆定人、定车制度，不得擅自将车辆转借他人驾驶或做教练车使用，违者按集团公司目标责任制考核办法相关规定处理。
（五）车辆驾驶员必须持有驾驶执照，经过有关部门的专业培训，方可驾驶本单位车辆，否则，造成的一切后果，均由驾驶员所属单位和个人承担。
（六）驾驶员非因公出车，一律按出私车处理。如造成车辆损坏和交通事故损失超过2万元，按20%进行赔偿，造成严重后果的要依法依纪进行处理。
（七）行车中要严格遵守交通规则，自觉服从交通管理，文明礼让，安全行车。因个人原因，违章操作、高速行驶等违反交通规则行为而造成的各类罚款，均由个人自理。
（八）驾驶员工作期间禁止喝酒，休息时间不准酗酒。凡酒后驾车出现交通事故的按损失的20%进行赔偿，损失超过2万元的，将予以辞退。
（九）车辆在正常工作期间发生车辆事故，驾驶员在报告公安部门的同时，应立即报告本单位主要负责人和后勤部车管大队。发生交通事故负有主要责任的，严格按集团公司相关规定处理。
（十）驾驶员要认真保管车辆的各类证件和随车工具，认真填写各种表格和登记，如有损失由驾驶员全部赔偿。
（十一）做好车辆的防盗工作。集团公司所有车辆在夜间、双休日和节假日，一律按规定停放指定位置。如因防范不当造成车辆丢失的按车辆损失的10%赔偿；未定点停放导致车辆损坏或丢失所造成的损失由驾驶员全部承担。
五、本制度自印发之日起实施。
关于控制车辆燃油及维修费用的意见
为有效控制车辆燃油及维修费用，增强广大干部职工的成本意识、节约意识，节支降耗，同时确保车辆发挥最大的效能，根据各单位工作性质、车辆状况等综合因素，制定本意见：
一、考核范围
除集团公司领导及二级核算单位的车辆外，集团公司其他单位的各类用车均纳入考核范围。根据单位工作性质及车辆状况等综合因素，科学、合理核定单车百公里耗油量考核标准，实行车辆燃油及维修费用单位经费包干制度。
二、核定原则
（一）单位工作性质和任务轻重；
（二）单位距市区的远近；
（三）单位车辆的型号、用途、使用年限等技术状况；
（四）参照车辆近二年的用油及维修情况。
三、相关说明
（一）各单位要在执行集团公司车辆管理制度的前提下，根据车辆的技术状况，进一步合理使用燃油及维修经费。各单位油料和维修费用应分别立帐，不得混用，不得超支，超支部分由各单位自理。具体各项费用见《2007车辆燃油及维修费用计划表》。
（二）各单位车辆燃油及维修费用可跨使用，但不能挪作他用，同类经费可在本单位车辆间调节使用。
（三）集团公司所有车辆的燃油及维修费用由后勤部统一调配管理，按车分别立帐，按月向各单位通报单车百公里耗油量、燃油费用使用情况；按季通报维修费用的使用情况。
（四）根据工作需要，集团公司可以调用各单位车辆，调用期间发生的燃油及车辆维修费用由用车单位负责，特殊情况特殊对待。
（五）车辆轮胎及蓄电池的更换费用不包括在本经费计划内。
四、本经费为2007计划。
四轮转向车辆的操纵稳定性分析 篇5
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。
车辆稳定控制 篇6
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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编组车辆的防滑控制 篇7
1 编组车辆防滑控制系统的概要
铁路车辆的ABS一般是将1车4轴作为一组控制对象,由控制对象内的各轴速度,演算出减速度及与其他轴的速度差以检测车辆是否存在滑行。当检出处于滑行状态时,ABS会暂时降低相应车轴的制动力以摆脱滑行,如滑行状态持续或更为严重会进一步降低其制动力,当判断出已经脱离滑行状态时恢复原制动力大小。这样的动作特性是由于ABS能够判断“哪一时刻该增减哪种程度的制动力”。
虽然ABS会相应下调制动力,但却只能在滑行发生之后才进行处理。所以,单独提高ABS的性能对于防止“制动距离增大”和“车轮踏面损伤”有一定的局限性。近年开发了在“编组车辆制动控制系统”中加入ABS的“编组车辆防滑控制系统”,并已经被广泛应用于铁路车辆。
在“编组车辆防滑控制系统”中,由“编组车辆制动控制系统”维持编组全体车辆制动力不变,与此同时,考虑到头车易滑行的倾向,根据编组内各车辆滑行时的幅度( 滑行幅度) ,通过动态增减各车的制动力来减少反复滑行( 见图1) 。并且,搭载了编组车辆制动控制和ABS的车辆,即已搭载了“编组车辆防滑控制系统”,所以无需追加新的装置。
2 现车试验结果
现车试验结果如表1及图2所示。从表1可以看出,“编组车辆防滑控制系统”比独立使用ABS时制动距离和车轮损伤都大幅减少。从图2可以看出,与ABS陡峭的BC压排气曲线不同,“编组车辆防滑控制系统”的BC压呈平缓增减的状态。
注: ※1: 数值是现车试验的平均值。※2: 滑行时钢轨和车轮之间摩擦产生的损伤。
3 结束语
轨道车辆噪声控制与预测 篇8
关键词：噪声控制,SEA,仿真计算,轨道车辆
0 引言
城市轨道车辆中噪声是关系到顾客舒适性的一个重要因素, 受到人们越来越多的关注, 也是影响市场竞争力的关键指标。在设计阶段利用计算机仿真技术对车辆进行噪声预测评估, 通过对结构噪声和振动的优化分析, 采取合理的减振降噪措施, 得出最优的降噪效果, 能够缩短声学设计的周期, 大大降低设计成本。
目前城轨车辆噪声的仿真计算方法主要为有限元法 (FEM) 、边界元法 (BEM) 和统计能量法 (SEA) 。FEM与BEM适用于中低频的噪声和振动分析, 而SEA在高频段噪声分析中有着明显的优势。有限元法对网格划分有着严格要求, 线性单元长度为分析波长的1/6～1/10等参单元为分析波长的1/3～1/4, 适用于复杂结构的低频段噪声和振动分析[1]。SEA是20世纪60年代为解决航天器声振问题而产生的, 它从能量统计的角度分析密集模态平均的振动能量传递水平, 模态越密集, 统计精度就越高, 振动响应分析的精度也就愈高[2]。SEA已经在航空航天、轨道运输、船舶和汽车噪声预测领域有了广泛的应用。
1 噪声控制方案设计
在项目工程实施的整个阶段, 通过计算机模拟和实验验证以确保有效的噪声控制。确定设计目标后, 以历史数据及各子部件的噪声预测值为假定参数, 利用计算机模拟计算技术, 通过不断优化各子系统噪声参数, 得出最佳的噪声控制方案。
方案控制流程如图1所示, 前期工作为根据设计目标及历史数据拟定各噪声源和子系统的声学参数, 多次计算后确定各噪声源和子系统的隔声量。根据确定的参数进行各系统吸声、隔音、减振等方案设计, 并对方案设计的具体参数进行进一步模拟验证。
2.1 噪声源控制
城轨车辆的噪声源主要有轮轨噪声、牵引噪声、集电系统噪声、空气动力噪声和设备噪声等[3]。其传播路径主要有固体传播振动、门窗密封不严导致的直达传声、透射声和自身振动辐射声。不同速度等级情况下各噪声源对列车整车噪声的贡献量会不同, 对于速度低于200 km/h的城轨车辆, 轮轨噪声仍是影响最大的噪声源[4]。
轮轨噪声由撞击噪声、摩擦噪声、滚动噪声、曲线啸叫声混合组成, 其频谱特性与轨道和车轮的结构有很大关系[5]。在轨道条件已定的条件下, 主要通过采用弹性和具有阻尼特性的车轮、合适的制动方式、高阻尼隔振结构综合设计和加装屏蔽罩等措施将轮轨噪声控制到最低。集电系统噪声主要包括受电弓和接触线相对滑动的滑动噪声、 受电弓离线的电弧噪声和受电弓本体做为车顶突出物的气动噪声。减少受电弓噪声的措施主要为优化其结构、高速车辆设置导流罩。设备噪声包括底架设备如变压器、主辅变流器、空压机组等, 车顶设备如空调系统、主断路器等设备产生的噪声。在严格控制这些噪声源的同时, 还应该注意其安装方式。为减小空气动力噪声, 车辆头部做成表面无突起的流线型, 而对于紊流附面层噪声的控制则较为困难, 其对策是车体外表面尽量光滑。
对于噪声源的控制, 根据经验和模拟计算结果在方案设计阶段提出具体要求, 而在装车前应通过测试实验, 部件噪声测试一般按照标准《ISO 9614测量的声音强度值, 声功率等级》来进行。
1.2 隔声隔振与吸声设计
对车辆各系统进行隔声设计, 在车辆底部喷涂阻尼浆, 采用双层减振铝蜂窝地板结构以减少振动, 铺设降噪地板布。侧墙和顶盖处采用中空铝型材、内层粘贴吸声隔热材料, 局部粘贴阻尼减振材料, 内设隔声内装板, 中间填充矿物棉或三聚氰胺等材料。增加门窗本身隔声效果, 并做好密封。通道内加装内饰板, 将更有效阻断噪声, 在渡板安装面装配耐磨尼龙以降低摩擦声。
整车的振动设计, 首先要避免与车体共振现象的发生, 一般要求在整备状态下车体的最低自振频率要大于10 Hz, 车体的弯曲振动频率与转向架点头和浮沉振动的频率比值大于1.4。其次要改变振动部位结构的固有频率, 避开与振源频率接近而产生振动的放大现象。改变结构振动部位的固有振型, 从根本上减小振幅。隔振设计应按隔振系统的性能指标来选择, 隔振系统的固有频率与相应的扰动频率之比一般为1∶2.5～1∶4.5。隔振结构的选用, 必须考虑每一个隔振结构的载荷, 隔振元件所受到的静载荷一般为允许载荷的90%左右, 动载荷与静载荷之和不超过其最大允许载荷, 对于隔振垫, 允许载荷或推荐载荷是指单位面积的载荷。隔振元器件的选择还应考虑安装场所的温度、湿度、腐蚀等条件。
吸声材料的选择应结合全部可供选择的吸声材料数据和曲线进行合理选择。首先根据噪声源特性确定吸声材料的频带宽度。然后根据噪声频谱曲线最大峰值对应频率, 确定吸声材料。材料选择时还要考虑空间尺寸的限值, 在不同部位可选用不同吸声系数的材料。
1.3 整车降噪方案
最终确定的整车噪声方案如图2所示, 在主动控制噪声源后, 采用隔声隔振、吸声的方式, 在噪声和振动传播路径上采取了相应措施。
2 仿真计算
2.1 模型的建立
根据SEA方法划分子模型的原则以及考虑噪声测试标准建立的1∶1整车模型系统如图3所示[6], 表1列出了各SEA子系统的划分、材料定义和降噪处理。充分考虑了侧墙、地板中空型材及贯通道等双层结构对噪声的影响;同时也考虑了地板阻尼的影响;对座椅内侧进行了声学处理;隔墙位于司机室与车厢之间, 主体结构采用铝蜂窝板;车顶子系统采用了加肋板结构。为简化建模, 对中空铝型材等双层结构从理论上进行了等效隔声量处理[7]。
为获取内外部噪声的准确仿真结构数据, 建立内外部声腔子系统, 并引入半无限流场, 最终模型如图3所示。对主要子系统的模态密度进行计算, 其结果如图4所示, 可以看出在大于200Hz的区域, 子系统的模态密度多大于5, 可采用SEA方法对其进行计算。
3.2 载荷施加
本次计算考虑轮轨、变压器、空调机组、受电弓处噪声和空调送风口、回风口处的噪声。噪声源频谱特性均从以往项目积累的历史数据库中选出, 由实验测得。部分噪声源频谱如图5所示:
(a) 受电弓噪声, (b) 轮轨噪声, (c) 变压器噪声, (d) 空调噪声
3 结果分析
选用1/3倍频程125-8000Hz频段进行了计算, 得到各部分的噪声声压值和噪声分布状况。参考标准ISO 3381-2005《声学一轨道机车车辆内部噪声测量》, 点1对应于司机室, 点2对应一位端转向架中心的上部, 点3对应于客室中部, 点4对应二位端转向架中心的上方, 点5对应贯通道处, 测试点高度方向距客室地板1.6 m处。计算结果显示5个室内测试点的噪声声压级如图6所示, 最大峰值出现在630Hz, 最大值为56 dB (A) 。转向架上部噪声值最大, 客室中部最低。
列车以100 km/h速度运行时。计算结果显示5个室内测试点的噪声声压级如图7所示。测试点距客室地板1.6 m处, 最大峰值出现在630 Hz, 最大值为66 dB (A) 。
静止工况时, 参考标准ISO 3095-2005《声学一轨道机车车辆外部噪声测量》, 测量选择5个测试点, 点1对应于司机室, 点2对应一位转向架中心的上部, 点3对应于客室中部, 点4对应二位转向架处, 点5对应贯通道处。距离车体中心7.5 m, 高度距轨道表面1.2 m。模拟结果如图8所示, 可以看出最大值出现在对应二位转向架处, 在630 Hz处达到63 dB (A) 。
运行工况时。测试点距离车体中心25 m, 高度距轨道表面3.5 m。结果如图9所示, 贯通道处声压级最大, 最大峰值出现在800频段, 最大值为76dB (A) 。转向架中心上部空腔子系统则相对较低, 中部最低。
4 分析与讨论
综合分析噪声源和预测点的噪声频谱特性:
1) 根据我们前期研究表明, 模拟值同测试值的误差为5 dB左右[7], 这是因为所加激励是实测值, 测试点距噪声源有一定距离。因此对模拟结果加以修正, 任务静止时车内声压级应为61 dB左右、车外声压级68 dB左右, 而100 km/h运行时车内声压级为71 dB、车外声压级为81 dB, 符合预期目标。
2) 静止与运动工况分析表明, 轮轨噪声对司机室及车厢内的噪声有较大的影响, 轮轨噪声使车内噪声增大了4～5 dB。
3) 在两种工况下, 车内噪声主要在中、高频段的250 Hz-2 500 Hz之间, 鉴于降低高频段噪声较为容易, 后期可通过改善内装材料参数继续降低内部噪声。
4) 建议在转向架上方车底处, 适当加厚阻尼浆厚度, 在底板上方及空调安装板、受电弓安装板粘贴阻尼材料降低振动辐射噪声。对于材料具体参数将做进一步分析。
参考文献
[1]李增刚.SYSNOISE Rev5.6详解[M].北京:国防工业出版社, 2005.
[2]姚德源, 王其政.统计能量分析原理及其应用[M].北京:北京工业大学出版社, 1995.
[3]David Thompson.Railway Noise and Vibration:Mechanisms, Modelling and Means of Control[M].Amsterdam, Elsevier Sc-i ence, 2009.
[4]张曙光.350km/h高速列车噪声机理、声源识别及控制[J].中国铁道科学, 2009, 30 (1) :86-90.
[5]楚永萍, 唐永明, 周劲松.列车轮轨噪声研究及其控制措施[J].轨道车辆, 2011, 49 (5) :1-6.
[6]朱磊.轿车车内噪声控制的统计能量分析法[D].长春:吉林大学, 2007.
地铁车辆电气牵引系统的控制 篇9
牵引系统将DC1500V的高压电通过牵引逆变器逆变成三相交流电, 输送给牵引电机, 牵引电机与齿轮箱相连, 通过齿轮箱将牵引力施加到列车轮轴上, 为列车提供动力。在电制动时, 电动机做发电机运行, 将动能转换为电能, 通过牵引逆变器将电制动产生的电能回馈到接触网上, 当电网不能够将能量全部吸收时, 利用制动电阻将电网不能够吸收的能量消耗掉, 达到电制动的目的 (见表1) 。
2 车辆的电气牵引系统构成
车辆上配备有两台受电弓, 分别向一个动力单元提供动力所需的高压电源, 这样能有效避免因其中一台受电弓故障时造成牵引逆变器和辅助逆变器停止工作的情况出现。同时, 这样还能保证其中一台受电弓故障时, 单元车的辅助逆变器仍能正常工作。在其中一台受电弓故障时, 由于其容量有限, 所以仅用一台受电弓不能完成动力单元的供给。所以在其中一台受电弓出现故障的时候, 车辆传送系统将会断开故障受电弓一侧的牵引逆变器指令, 从而使其在一定时间内停止工作。
车辆的电气牵引系统中配备有牵引逆变器, 逆变器的输入端有支撑电容, 该电容主要作用是保证逆变器输入电压的稳定, 起到能量缓冲的作用。同时, 滤波电抗器与电容组成一个装置, 此装置能够保证系统电压的稳定, 确保逆变器的正常工作。在逆变器装置中, 包含了逆变箱逆变器和斩波相控制器。牵引的过程中, 直流电将被转化为三相交流电, 实现频率和电压的可调性, 从而完成对牵引电机的控制。
逆变器的冷却使用的是热管散热器, 其主要是通过业态介质的状态变化来实现热量的吸收和释放。这种利用液态介质的冷凝和蒸发的性质来实现热量排放的方法, 对于环境没有污染, 且其结构十分简单, 运行和维护工作将能节省很多时间, 能有效保证散热工作的正常开展 (见图1) 。
3 电气控制
3.1 牵引控制
在车辆运行的过程中, 牵引逆变器会受到来自于司机控制器或是制动装置发出的牵引指令, 并结合制动控制装置对其它信号的接收, 完成对车辆的牵引控制。由于车辆的速度不会受到系统的限制, 所以车辆速度超出一定界限的时候, 系统将会将牵引力降到零并对其进行封锁。在车辆的速度回到正常范围内后, 封锁将被解除。另外, 在没有ATP的情况下, 车辆的限速功能也将正常工作。因为车辆的高加速功能会在遇到坡道时被启动, 所以在车辆遇到坡道的时候, 系统会提供与坡度相当的加速度, 从而保证车辆的正常速度。
3.2 电制动控制
一般情况下, 列车制动分为电制动和摩擦制动, 其中电制动又分为再生制动和电阻制动两种。
制动优先级为:第一优先:再生制动。第二优先:电阻制动。第三优先:摩擦制动 (拖车优先补充摩擦制动) 。而在电制动中, 通过电网对再生能量的吸收是主要的方式, 并且这一过程会受到牵引逆变器控制单元的监控。在电网没有足够的能力吸收电能的情况下, 电网电压将会增大, 这时斩波器会在牵引控制单元的控制下开通。在电容器的端电压达到一定值的时候, 制动电阻将会吸收多余的能量, 并将这些能量转化为热能排放到空气中。空气制动作为一种辅助的存在, 主要是在电制动力不足时, 辅助补足制动力和紧急制动情况下使用。 (1) 混合制动概念。①再生制动与电阻制动的混合。只要电网有吸收能力, 制动能量必须以再生电流的形式反馈回电网, 辅助系统也应能吸收一部分再生能量。线网及辅助系统无法吸收的制动能量消耗在制动电阻上。牵引系统在高速断路器前设置线网电压检测装置, 实时检测电网的供电状态, 检查其吸收能力。当电网电压上升到约1800VDC (如:电网不能再接受多余的能量时) , 电阻制动斩波运行, 启动电阻制动, 进行再生和电阻制动的混合制动。在逆变器功率模块前设置电流检测装置, 控制电阻制动的功率, 确保既吸收多余的再生制动能量, 又可以防止电阻吸收线网能量。②电制动与摩擦制动的混合。正常情况下 (网压1500V及以上、粘着正常要求下) , 在AW2负载及速度低于90km/h时, 电制动应能完全满足整列车的制动力要求;在高于AW2负载、速度大于90km/h条件下, 电制动尽可能满足整列车的制动力要求, 摩擦制动仅用以补充电制动。机械制动开始补偿时的列车速度应尽可能小, 至少不大于6km/h (具体数值各项目不完全一致) 。有车辆电制动失效的情况下, 应首先用足列车上其它车辆的电制动, 电制动力不足部分用摩擦制动力补偿, 在整列车范围内摩擦制动力在无电制动的车辆上应平均分配。当制动系统故障导致总制动力不足时, 应提供应急措施, 并在司机室提供报警信息。卖方在设计阶段中应提供详细的整列车的制动力分配方案 (见图2) 。
4 总结
电气牵引系统是地铁车辆正常运行中不可缺少的系统, 其能保障车辆的安全, 实现车辆的牵引与制动, 所以日常的车辆检修工作要对其格外重视。而电气控制主要是牵引控制和制动控制, 需要熟练掌握。
参考文献
[1]熊军.南昌地铁1号线车辆电气牵引及控制系统[J].机车电传动, 2013, (6) :68-71.