主动转向（精选5篇）
主动转向 篇1
新款宝马5系车型配备了一种先进的电控转向系统, 称为主动转向系统 (AFS, Active Front Steering) 。该系统不仅能够在转向时为驾驶员提供助力, 而且能够以主动方式在转向系统中累加一个附加转向角, 从而优化转向性能。
装备了AFS系统的车辆, 停车时只需要略微转动方向盘, 即可获得较大的车轮转向角。当车辆高速行驶时, 实际的转向助力需求变小, 主动转向系统能够增大转向传动比, 甚至超过常规转向系统的水平, 这样就可以提高车辆的转向稳定性, 并使驾驶员获得良好的手感。在提高转向力矩的同时, 主动转向系统能够消除转向飘移现象, 使车辆沿着预定的轨迹行驶, 驾驶员不必频繁地修正方向。
1. 主动转向系统的组成
主动转向系统主要由液压油储油罐、转向助力泵、ECO阀、液压油冷却器、转向器及执行单元等部件组成, 从外观来看, 与传统的转向助力系统类似。主动转向系统的机械结构如图1所示。
主动转向系统有一个液压泵 (与转向助力泵集成在一起) , 它的液压油流量是可调的, 调节过程通过一个电动调节阀 (ECO阀) 进行, 调节流量取决于发动机转速、车辆行驶速度和方向盘转角等参数信号。主动转向系统的核心部件是重叠式转向器, 其结构形式如图2所示。
重叠式转向器由行星齿轮组件、电动机、电动机位置传感器等部件组成。主动转向控制模块根据车速、转向角等信号对电动机进行控制, 电动机利用蜗杆传动机构驱动行星齿轮组件, 从而按照行驶状况调节转向角, 改变转向传动比。
2. 网络构架及数据传输流程
主动转向系统有两种数据/信号传输方式, 一种是直接接收传感器信号和输出执行器信号, 另一种是采用总线传输数据和信号。
宝马新5系车型的网络结构比较复杂, 与主动转向系统相关的总线包括:Byteflight总线 (一种光纤总线) 、F-CAN总线 (底盘类CAN总线) 、K-CAN总线 (车身类CAN总线) 和PT-CAN总线 (动力系统CAN总线) , 这些总线汇集在一起, 构成主动转向系统的网络构架, 如图3所示。
主动转向控制模块通过F-CAN总线接收DSC传感器、总转向角传感器、方向盘转角传感器、动态稳定控制模块等部件的信号及数据, 通过PT-CAN总线与发动机控制模块、安全和网关模块进行数据传输。
安全和网关模块是整车网络系统的网关模块, 它的作用是对不同总线的数据及信号进行调制, 实现数据共享, 因此Byteflight总线、K-CAN总线的数据能够通过安全和网关模块传送至主动转向控制模块。
1-液压油储油罐2-转向助力泵和ECO阀3-液压油冷却器4-液压软管5-转向器及执行单元
3. 主动转向系统故障说明
主动转向系统的故障警告灯设在仪表板上, 它是一个黄色的带有方向盘和感叹号图案的故障警告灯 (如图4所示) , 通常称为主动转向警告灯。
在车辆起动后, 如果主动转向系统出现故障, 则主动转向控制模块将储存相关故障码, 同时向总线系统发送故障信息, 组合仪表显示“AFS失灵!转向时要小心”的故障信息, 同时点亮主动转向警告灯。另外, 在中央信息显示屏中还会出现“转向性能已改变!可继续行驶, 方向盘可能偏斜”等补充性警告信息。在此情况下, 驾驶车辆时会感到转向沉重, 动力不足, 因此要尽快进行检修。
需要说明的是, 主动转向控制模块通过PT-CAN总线、安全和网关模块、诊断总线与诊断仪相连, 如果在诊断时出现通信失败的问题, 应对以上相关总线及部件进行检查。
1-电磁锁2-蜗杆传动机构3-电动机4-蜗轮5-行星齿轮组件
4. 故障维修实例
实例1一辆宝马530i轿车, 因交通肇事进行了修理, 修理后出现车辆行驶时转向沉重的故障现象, 且组合仪表上的主动转向警告灯一直点亮。
使用诊断仪进行自诊断, 选择“E60底盘车型”, 查询主动转向系统的故障信息, 结果有多个故障码, 内容分别为:“613A-系统电压过低”;“613E-锁止件机械故障”;“6140-方向盘转角冗余数据比较错误”;“6141-发动机监控功能被激活”;“CE93-方向盘转角信号异常”。清除故障码, 起动发动机, 主动转向警告灯依然点亮。重新查询故障信息, 只剩下故障码“CE93”。
经查阅相关资料, 得知方向盘转角传感器集成在转向柱开关中心内, 转向柱开关中心通过F-CAN总线将方向盘转角信号传送至主动转向控制模块, 如果在使用过程中曾经断开过蓄电池电缆或蓄电池供电电压过低, 则应执行主动转向试运转/校准功能, 此后若故障仍然出现, 则应更换转向柱开关中心。这说明该车故障有可能是在前期维修中断电造成的, 因此需要对主动转向系统进行匹配。
1-车轮转速传感器2-制动摩擦片磨损传感器3-制动灯开关4-制动液位开关5-DSC按钮6-DSC传感器1 7-DSC传感器2 8-总转向角传感器9-转向角传感器10-电动机位置传感器11-组合仪表12-动态稳定控制模块 (DSC模块) 13-主动转向控制模块 (AFS模块) 14-安全和网关模块 (SGM模块) 15-发动机控制模块16-执行单元的锁止件17-执行单元18-转向助力电磁阀19-诊断仪20-转向助力泵和ECO阀Byteflight-安全总线F-CAN-底盘总线K-CAN-车身总线PT-CAN-动力系统总线
在“服务功能”菜单中选择“转向匹配”项目, 进入转向匹配操作界面, 按照提示信息进行以下操作:
(1) 车轴调整。由于该车没有修理过车轴, 因此直接点击“确认”键, 进入下一级操作界面。
(2) 发动机角度复位和方向盘转角传感器匹配。执行发动机角度复位和方向盘转角传感器匹配功能, 完成后关闭点火开关, 然后起动发动机。
(3) 总转向角传感器初始化设定。总转向角传感器安装在转向器上。先将方向盘摆正, 然后点击诊断仪的“起动”按钮, 同时轻微转动方向盘 (诊断仪显示的数值不要超过-10°～10°) , 当诊断仪显示完成信息时, 关闭发动机, 退出诊断仪。
上述操作完成后进行路试, 故障彻底排除。
总结:主动转向系统是一个控制精度很高的系统, 相关的传感器需要经过匹配之后才能正常工作。另外, 在进行机械修理或更换部件之后, 需要进行系统匹配及控制模块编程。
在完成以下作业之后, 均应执行主动转向试运转/校准功能:对车桥进行修理或调整;拆卸并修理转向柱;更换主动转向控制模块并进行过编程;更换转向柱开关中心并进行过编程;更换动态稳定控制模块并进行过编程;调校方向盘转角传感器;更换转向器。
实例2一辆宝马530i轿车, 发动机起动后, 组合仪表上的主动转向警告灯一直点亮。
使用诊断仪进行自诊断, 选择“E60底盘车型”, 查询主动转向系统的故障信息, 结果有多个故障码, 内容分别为:“6134-发动机控制模块工作电流故障”;“6136-电动机位置传感器供电装置不良”;“613A-系统电压过低”;“613F-转向角数据不可信”;“6140-方向盘转角冗余数据比较错误”;“614A-发动机角度没有初始化设定”;“CE93-方向盘转角信号异常”。
清除故障码, 起动发动机, 主动转向警告灯依然点亮。重新查询故障信息, 只剩下故障码“614A”和“613F”。查阅相关资料, 得知故障与主动转向系统匹配有关, 于是执行主动转向试运行/校准功能, 结果无法完成总转向角传感器初始化设定。
总转向角传感器安装在转向器上, 对该传感器的外观及线路进行检查, 没有发现异常。怀疑该传感器性能不良, 于是更换转向器总成, 并重新对主动转向系统进行匹配, 主动转向警告灯熄灭。进行试车, 主动转向系统恢复正常。
总结:当总转向角传感器信号或转向器机械性能不良时, 主动转向控制模块无法根据总转向角传感器的信号判断系统参数是否正确, 初始化设定无法完成, 因此造成主动转向系统失效。
在车辆使用期间, 如果因蓄电池电压过低导致主动转向警告灯异常点亮, 可以采用人工方法进行初始化设定, 方法如下:在怠速工况下将方向盘向左、右转到极限位置, 然后以30～40km/h的速度进行路试, 直到主动转向警告灯熄灭。
主动转向 篇2
位于中关村国际孵化园内的北京威讯紫晶科技有限公司，主要从事IP核、芯片和软件研发，是一个典型的以技术创新活动为主导的企业，公司知识产权保护的重点表现为对技术创新核和软件开发代码的保护。但是在2005年～2006年的一年多时间内，威讯紫晶遭遇了公司重要文件丢失、知识产权外泄等事件，促使公司反思知识产权管理存在的问题。威讯紫晶公司总经理郦亮介绍说，他们经过调查发现公司存在重要文件管理无序、研发人员专利申请意识薄弱、缺乏有效的源代码和设计文档管理工具等诸多问题。
针对知识产权保护这一问题，海淀区科学技术委员会通过长达数月的前期调查，广泛征寻企业需求，并与相关专业机构合作，于2006年8月在海淀园内高新技术企业中启动“企业知识产权综合保护体系”建设试点工作。海淀区科委还专门拿出一定资金，对每家试点企业给予部分经费支持。
自上而下高层推动
“企业知识产权综合保护体系”依据我国涉及知识产权保护的4部法律，即知识产权法、劳动法、公司法、刑法等，将4类法律内容有机结合、融会贯通，构成现有法律体系下可操作、强有力的保护企业自身知识产权的方案。这一体系可以根据不同的企业在各自发展阶段遇到的相关问题，进行相应的调整，形成贴身式知识产权保护服务，进而促成相关企业知识产权创造、应用、保护的长效机制的建立。
“企业知识产权综合保护体系”建设试点工作推出后，受到园区内高新技术企业的热烈回应。经过甄选，2006年10月，时代集团、华旗资讯等近10家企业的试点工作正式实施。
与威讯紫晶相比，时代集团和华旗资讯公司对知识产权管理建设更加主动一些。时代集团和华旗资讯都较早地建立了知识产权管理制度，但是随着近几年公司规模迅速扩大，企业管理环境发生重大改变，原有知识产权管理制度与实际工作产生某些脱节，保护力度有所减弱。两家公司都在急切地寻找改进之道，海淀区科委的试点项目为其提供了一个实施的平台。
在知识产权保护体系建设启动后，时代集团总裁王小兰亲自挂帅，主持召开各阶段专门会议并与领导班子开会，布置各项工作，将此项工作列为时代集团公司四大管理工作之一。集团内部设立保密办公室、保密委员会、知识产权办公室、专家评审委员会。为配合律师事务所的前期调研，公司分别安排企业领导、技术、人事、销售及其他相关人员座谈，同时确定公司内部知识产权专员，并安排相关人员到律师事务所进行培训。经过调研，相关中介机构向时代集团提交了详细的调研报告，对集团的知识产权管理现状及存在问题进行全面梳理，为后续的保护体系建设指明方向。
本次试点工作的合作机构之一北京乾坤律师事务所的臧克兰律师说，企业领导人对知识产权管理的认识和态度，往往会对整个企业的知识产权管理水平产生决定性的影响。而威讯紫晶、时代集团等试点单位的高层管理者对知识产权问题非常重视，由此保证了体系建设能够顺利推进。
初步建成“主动防御体系”
经过近半年时间的运作，时代集团已经由原先被动式的分级模块化保密制度初步转变为主动防御体系：通过与员工签订劳动合同、竞业禁止协议、保密协议、知识产权权属协议等，构筑外围防御；通过申请发明和实用新型专利，构筑对核心技术的防御；通过登记注册集成电路布图设计，保护核心的芯片的布图设计；通过申请外观设计专利，防止竞争对手对公司上市产品的简单仿造；通过注册商标，保护公司对于自己产品和服务的标识的专用权，建立品牌优势。在未来，时代集团还将建立发明报告和知识产权分析报告制度，并对现有的研发工作流程及档案管理进行改进。
威讯紫晶在建设知识产权保护体系工作中全面检查了公司的相关文件，对有关知识产权的保护条款进行全面更新，涉及员工劳动合同、保密协议、员工手册等涵盖知识产权保护主要内容的公司文件，使得公司的知识产权保护的规章体系不断健全。
“积极建设一套为科技创新提供激励机制的完善的知识产权制度，对威讯紫晶来说是保持创新工作的良性循环。”威讯紫晶公司总经理郦亮说，通过各项积极的措施，可以赋予企业创新者在一定时间内对其创新成果享有专有权。这样不仅为创新者收回成本提供了可能，而且能激励更多的企业和技术人员持续不断地投入到创新活动中去，使创新活动持续进行。
知识产权战略仍是弱项
海淀区科委“企业知识产权保护系统建设”试点项目自去年10月正式实施以来，时间已经过半。经过相关中介机构和试点企业的协作配合，项目实施计划和阶段进展均比较顺利，还有部分企业的项目实施已近尾声。
通过项目试点，一些企业初步建立了适合自身发展的知识产权保护体系，而一些更深层次的问题也逐渐显现。在项目实施过程中，大多数企业的总体发展战略中没有包括知识产权战略。企业的知识产权战略是为总体战略服务的子战略，着眼点在于用知识产权作为工具，与其他如市场战略、经营战略、人才战略等配合来实现企业的总体战略。如果在总体发展战略中忽略了知识产权部分，那么再多、再好的具体制度和规定也难以完全顺利的实施。
另一个深层问题是企业对知识产权成果的应用较少。很多企业在研发和生产过程中申请了专利、注册了商标、进行了计算机软件登记，但对这些成果还不能主动地去应用，尤其是产业化地应用，基本上还是局限于本企业的经营活动，没有利用自身拥有的知识产权成果与拥有相应资源的其他企业合作，共同实现知识产权成果的商品化、产业化，也很少将自己拥有的知识产权成果有偿许可或转让给其他企业，通过知识产权贸易实现成果的商品化和产业化。
这些深层的问题反映出很多企业还没有真正树立知识产权保护和管理意识，要改变这种局面需要一个相当长时间的过程。同时，企业知识产权资本化运营的意识还有待加强。
主动转向 篇3
一、DAS 系统组成
如图2所示, 这套线控转向系统的构成与传统转向系统结构类似, 也是由转向盘、转向柱、转向机组成。不同之处在于它多了3组ECU电子控制单元、转向盘后的转向动作回馈器、离合器以及自动防故障系统、电源等辅助系统等。
1.前轮转向模块
前轮转向模块包括前轮转角传感器、转向执行电机、电机控制器和前轮转向组件等。其功能是将测得的前轮转角信号反馈给主控制器, 并接受主控制器的命令, 控制完成转向盘所要求的前轮转角, 实现驾驶员的转向意图。
2.主控制器
主控制器对采集的信号进行分析处理, 判别汽车的运动状态, 向转向盘回正电机和转向电机发送命令, 控制2个电机协调工作。主控制器还可以对驾驶员的操作指令进行识别, 判定在当前状态下驾驶员的转向操作是否合理。当汽车处于非稳定状态或驾驶员发出错误指令时, 前轮线控转向系统将自动进行稳定控制或将驾驶员错误的转向操作屏蔽, 以合理的方式自动驾驶车辆, 使汽车尽快恢复到稳定状态。
3.转向盘模块
转向盘模块包括转向盘组件、转向盘转角传感器、力矩传感器、转向盘回正力矩电机。其主要功能是将驾驶员的转向意图 (通过测量转向盘转角) 转换成数字信号并传递给主控制器, 同时主控制器向转向盘回正电机发送控制信号, 产生转向盘回正力矩, 以提供给驾驶员相应的路感信息。
4.自动防故障系统
自动防故障系统是线控转向系的重要模块, 它包括一系列的监控和实施算法, 针对不同的故障形式和故障等级做出相应的处理, 以求最大限度地保持汽车的正常行驶。作为应用最广泛的交通工具之一, 汽车的安全性是必须首先考虑的因素, 是一切研究的基础, 因而故障的自动检测和自动处理是线控转向系统最重要的功能之一。它采用严密的故障检测和处理逻辑, 以最大限度地提高汽车安全性能。
二、DAS 系统工作原理
一方面, 驾驶员通过操纵转向盘, 把转角和转矩信号传给主控制器, 主控制器接受车辆状态信息并按照预设程序对转角和转矩信号进行处理, 输出激励信号给转向执行电机, 以使车辆转向;另一方面, 路感反馈信号亦传给主控制器, 主控制器对其处理后向路感反馈电机发出激励信号, 路感反馈电机便能模拟传统转向系统的路感信息, 从而使驾驶者获取转向路感。车载网络承担了整个系统的信号传递工作, 使采集到的各个信号形成一个有机整体。
三、DAS 系统特点
1.反应速度快
DAS摒弃了传统的机械结构, 改由电子信号控制, 由于反应速度快可以让驾驶员的操控感受更直接, 理论上讲, 应用这项技术的车辆在弯道行驶时, 更容易达到理论上的最佳行驶路线。
2.舒适性好
没有了机械连接的“负担”, 这套系统将过滤掉多数不必要的振动。也就是说当行驶在崎岖路面, 特别是车辙比较明显的道路上时, 转向盘不会再因路面的剧烈变化而产生过度振动, 驾车者能更平稳的把控转向盘。也许您会担心路感问题, 这方面日产早有考虑。ECU在收集到路面情况以及车辆跳动信息后, 会发送电子信号指令给转向回馈动作器, 随后转向回馈动作器会模拟出当下车辆行驶时所处的环境所需的回馈力度。
3.提高汽车安全性能
去除了转向柱等机械连接, 完全避免了撞车事故中转向柱对驾驶员的伤害;智能化的ECU根据汽车的行驶状态判断驾驶员的操作是否合理, 并做出相应的调整;当汽车处于极限工况时, 能够自动对汽车进行稳定控制。万一电子系统出现故障也可以手动操纵车辆, 因为进行控制的ECU即电子控制单元设置了3组, 互相起到备用功能, 一组出现问题马上就会有备用系统发挥作用。如果不幸3组全部出现故障, 那转向柱与转向机间的离合器会立即接合, 形成与传统转向系统相同的结构, 以保证正常驾驶。
4.改善驾驶特性, 增强操纵性
基于车速、牵引力控制以及其它相关参数基础上的转向比率 (转向盘转角和车轮转角的比值) 不断变化, 低速行驶时, 转向比率低, 可以减少转弯或停车时转向盘转动的角度;高速行驶时, 转向比率变高, 可以获得更好的直线行驶条件。
5.可选择驾驶感受及扩展功能
DAS系统还可以与Drive ModeSelector技术协同工作, 为驾驶员提供4种不同的预设驾驶模式以及1个自定义驾驶模式选择功能。这样可以让驾驶员依照不同的驾驶习惯以及路面情况改变车辆转向系统的反应。此外DAS系统还可以与Activelane control (车道保持系统) 配合, 如图3所示, 当位于车辆内后视镜后部的摄像头发现车辆偏离车道时, DAS系统会适时启动并自动输入转向信号, 帮助车辆回到正确的行驶轨迹上, 从而避免事故的发生。
四、结束语
主动转向 篇4
关键词：混凝土搅拌运输车,防侧翻控制,simulink,主动转向
0引言
本文研究对象为中国重汽某型号混凝土搅拌车,根据混凝土搅拌车沿y轴方向的侧向运动方程、绕x轴的侧倾运动方程和绕z轴的横摆运动方程,可以建立混凝土搅拌车三自由度simulink模型,最后用所建立模型进行仿真分析,进而验证方案是否有效。
1选取侧翻阈值因子
汽车横向载荷转移率(LTR:Lateral-load transfer rate)是现今常用的一种能够反映汽车侧翻工况的指标,横向载荷转移率也可以评价汽车的稳定状态[1]。横向载荷转移率的定义为车辆左右轮胎垂直载荷之差与整车总的垂直载荷之比,表达式如下:
式中:FL———汽车左侧车轮垂直载荷值;FR———汽车右侧车轮垂直载荷值。
汽车左侧车轮与右侧车轮垂直载荷值之和为整车总质量,表达式如下:
FR+FL=mg(2)
根据式(1)和式(2)可得汽车左侧车轮垂直载荷值与整车质量和横向载荷转移率的关系如下:
FL=mg(1-LTR)(3)
当汽车发生侧倾时,垂直载荷在左、右车轮上重新分配,横向载荷转移率LTR的变化范围为[-1,1]。当LTR=-1时,汽车右侧垂直载荷为0,右侧轮胎离地,此时车辆的重量都集中在左侧车轮上,从车辆后方看发生逆时针侧翻;当LTR在[-1,0]内时,车辆右侧车轮垂直载荷大于左侧车轮垂直载荷,从车辆后方看车辆发生逆时针侧倾;当LTR=0时,左右车轮垂直载荷各为汽车总重量的一半,汽车没有发生侧倾;当横向载荷转移率在[0,1]内时,车辆右侧车轮垂直载荷大于左侧车轮垂直载荷,从车辆后方看车辆发生顺时针侧倾;当LTR=+1时,汽车左侧垂直载荷为0,左侧轮胎离地,此时车辆的重量都集中在右侧车轮上,从车辆后方看发生顺时针侧翻。
对整车左侧车轮接地点取矩,则有:
车辆的侧向加速度可以用质心侧偏角、横摆角速度和行驶速度表示出来,关系如式(6)所示:
将式(7)带入式(5)中,可以得到:
后文中选取横向载荷转移率LTR作为防侧翻控制的阈值因子,同时也作为防侧翻控制的控制目标。
2主动转向系统建模
主动转向系统主要由三部分组成:传统的齿轮齿条转向系统,双行星齿轮机构以及电控系统。在多数时间内,主动太阳轮和伺服电机是同时工作的,即车轮实际转角是驾驶员转动方向盘的角度和伺服电机调节转向角的叠加,因此主动前轮转向的输出角δs与方向盘转角δc和伺服电机调节转角δm这两个输入角的关系可以表示为:
汽车转向器角传动比为方向盘转动的角度与对应转向轮偏转角度的比值。中国重汽某搅拌车在未使用主动转向装置前传动比为11,加上主动转向装置之后,装置输出δs与车轮偏转角度α的比值为11,此时方向盘输入角δs与车轮偏转角度α的关系如下:
根据式(9)建立主动转向系统simulink模型,如图1所示。
3主动转向防侧翻PID控制仿真分析
3.1主动转向防侧翻控制策略
侧向加速度过大是汽车侧翻的主要诱导因素,通过主动转向控制横向载荷转移率实际上也控制了侧向加速度。当横向载荷转移率超过设定的安全阀值LTRh,主动转向系统立即开始作用,控制LTRh的值在安全范围之内,当横向载荷转移率低于安全阈值LTRh,控制停止。在较多文献中安全阀值LTRh常取为0.9,鉴于混凝土搅拌车危险系数较大,发生侧翻造成的后果比较严重,所以横向载荷转移率选取的相对小些,本文将横向载荷转移率的安全阀值LTRh取为0.8,也就是当横向载荷转移率大于0.8的时候,主动转向系统开始控制。
3.2主动转向防侧翻simulink仿真分析
PID控制器是应用最基本、最广泛的一种控制器,它具有算法简单,稳定性、可靠性好等优点[2,3]。本节主动转向防侧翻控制采用的是PID控制器,检验混凝土搅拌车在主动转向单独控制时的作用效果。
运用已经建立的混凝土搅拌车三自由度simulink模型进行防侧翻控制仿真,模拟混凝土搅拌车速度为16 m/s时的紧急转弯工况,检验主动转向单独作用对于混凝土搅拌车防侧翻效果如何,主动转向单独作用防侧翻PID控制simulink模型如图2和图3所示。
3.3主动转向防侧翻PID控制
在紧急转弯工况,司机都会急打方向盘,达到一定角度后保持不变,在模拟仿真中就相当于给方向盘输入一个角阶跃信号,图4为此次模拟紧急转弯工况给方向盘施加的角阶跃信号,最大值为1.5 rad(约86°),采用PID控制器进行控制,以横向载荷转移率与0.8的差值的绝对值作为输入,电机附加转角δm作为输出。
采用实验试凑法整定系数应以“先比例,再积分,最后微分”为原则,经过反复试凑,最终得到混凝土搅拌车主动转向防侧翻控制系统的PID参数分别为:KP=40,KI=34,KD=3。
图5为加入主动转向防侧翻PID控制后横向载荷转移率与未加入控制前的对比图,加入主动转向防侧翻控制后,横向载荷转移率大幅度降低,最后稳定在安全阈值0.8附近,此时混凝土搅拌运输车处于安全状态,没有发生侧翻的危险。
4结语
本文根据主动转向机构的原理,建立了搅拌车的主动转向simulink模型,通过三自由度simulink模型的仿真分析证明模型的正确性的同时,也充分说明主动转向的介入对于防止混凝土搅拌车侧翻有很好的效果。
参考文献
[1]Mc Knight A J,Bahouth G T.Analysis of Large Truck Rollover Crashes[J].Traffic Injury Prevention,2009(5).
[2]叶定清.PID调节器及其智能化控制技术的探讨[J].煤气与热力,2004,24(5):256-259.
主动转向 篇5
铁道车辆转向架需要具备良好的曲线通过性能和高速运行时良好的蛇行稳定性, 但是通常情况下, 这两者是不能兼顾的。为了能够实现二者的兼容, 研究了大量的装有被动导向机构的转向架, 其中某些被动导向转向架已投入运行[1]。为了进一步改进转向架通过小半径曲线时的力学性能, 采用主动导向方式是一项有效的技术措施。主动导向转向架利用安装在车体和转向架之间的作动器, 提供转向架通过小半径曲线时的转向力矩。该种类型的转向架称为主动导向转向架 (ABS转向架) [2,3,4]。本文针对ABS转向架进行多体动力学仿真计算和试验。使用半车模型来评估ABS转向架的基本性能, 试验是在国家交通安全和环境实验室 (NTSEL) 的全尺滚动试验台上进行的, 该滚动试验台可以测试转向架的曲线通过性能。对转向架的各个参数进行了识别, 以对比试验结果和计算结果。利用A’GEM软件计算转向架的动力学性能, 该软件可以实现主动控制和迭代计算, 能有效地模拟ABS转向架的运行性能。此外, 把得到的半车模型扩展为含有2台ABS转向架和1个车体的整车模型, 并对前、后转向架的控制策略进行了探讨。
2 主动导向转向架
2.1 基本概念
当铁道车辆转向架在小半径曲线上运行时, 内、外轨车轮的滚动圆半径之差没有大到使轮对沿径向通过曲线, 这样的状态称之为“欠导向”。在这种情况下, 转向架的旋转角度不足以提供径向导向作用, 前转向架的外侧车轮将产生非常大的轮缘力, 从而造成严重的磨损, 极端工况下甚至会造成脱轨。如果转向架的构架由作动装置调整到转向架的径向导向位置, 那么转向架的曲线通过性能, 尤其是前端外侧车轮的接触力将会得到有效的改善。这就是ABS转向架的基本原理。其机械结构见图1。在车体和转向架的构架之间有一个主动导向机构, 因此, 只需对常规铁道车辆的结构进行简单的修改就可以安装作动器, 类似于替换抗蛇行减振器。
2.2 台架试验装置和ABS转向架
试验是在NTSEL的转向架滚动试验台上进行的。该试验台主要用于测试城轨车辆转向架的性能, 通过施加与轨道曲率相对应的滚轮冲角, 就可以测试转向架的曲线通过性能。试验台每对滚轮之间的不同转速可以更加准确地模拟出转向架的曲线运行工况。滚轮截面形状与50 kg级钢轨相同。
图2 为ABS转向架的半车模型图。ABS转向架上装有商用地铁车辆上普遍采用的磨耗型踏面车轮。在试验过程中, 使用电动作动装置来验证转向架控制系统的基本功能。
试验中对转向架在不同曲线半径下的响应指标进行了测试, 例如转向架角度、横向力、冲角和作动力等。转向架的基本参数见表1。在多体动力学计算时同样采用表1中的参数。
审校者注:疑表中刚度和阻尼系数值有误。
3 半车模型试验和计算结果的对比
3.1 多体动力学计算平台
多体动力学软件A’GEM是一款数值分析软件。A’GEM软件以车辆数据、车轮和轨道的几何数据, 以及车辆运行工况作为输入。用FASTSIM算法计算轮轨间的接触力。当钢轨接触轮缘时, 认为轮轨之间出现了两点接触。A’GEM可以很方便地生成半车模型的运动方程。对ABS转向架施加控制时, 其作动力计算公式为:
F=k (Rc) ·ρ (1)
式 (1) 中:
ρ——估算的弯道曲率;
k——与圆曲线半径Rc相关的比例系数。
外侧轨道和转向架前轮之间的横向接触力是评定曲线通过性能的最重要的指标之一。k可以根据圆曲线的半径进行调整, 因此, 前端外侧车轮的横向接触力可以减少到0。对A’GEM进行了二次开发, 从而可以利用迭代算法求出k值。计算框图如图3所示。
3.2 台架试验和仿真的结果
为了评估ABS转向架的控制和运行性能, 对半车模型进行了试验和仿真计算。
图4给出了前端外侧车轮的横向接触力和圆曲线半径之间的变化关系。从图4可以看出, 在没有控制的情况下, 横向接触力随着圆曲线半径的减小而增加。而在施加主动控制的情况下, 试验和仿真计算所得的横向接触力都接近于零。
为使横向接触力降至零, 计算和试验所需的作动力见图5。从图5可以看出, 计算结果和试验结果基本一致, 所需作动力随着圆曲线半径的增加而减小。
4 整车模型的运行性能预测
4.1 整车模型转向架的控制
对由2台ABS转向架和1个车体组成的整车模型进行了分析。计算工况和转向架的控制方式与之前所计算的半车模型完全一致。为了获得前、后转向架的作动力, 需要引入一个特定的评价函数, 它可以反映出前、后转向架的曲线通过性能, 表达式为:
undefined
式 (2) 中:
undefinedir (i为轴数) ——每台转向架外侧车轮的横向接触力。
通过搜索比例系数kj (j=1代表前转向架, j=2代表后转向架) , 就可以使前、后转向架在控制力方面达到平衡, 其前提条件是使上述评价函数J数值最小。计算框图见图6所示。
4.2 计算结果
将前面所计算的半车模型扩展为整车模型, 并对其进行了多体动力学计算。在利用迭代法求评价函数最小值的搜索过程中, 前、后转向架作动力的比例系数kj每次按0.2个计算步长改变。
图7给出了前、后转向架前端外侧车轮的横向接触力计算结果, 包括主动控制和无控制两种情况。从图7可以看出, 在无控制的情况下, 当通过小半径曲线时横向接触力很大。相反, 在主动控制情况下, 前、后转向架的前端外侧车轮横向接触力始终接近于零, 并且不受曲线半径大小的影响。
图8给出了前、后转向架前端外侧车轮轮缘力的计算结果。包括主动控制和无控制两种情况。从图8可以看出, 在无控制的情况下, 当通过小半径曲线时轮缘力很大。相反, 在主动控制情况下, 前、后转向架的前端外侧车轮轮缘力都明显减小, 并且不受曲线半径大小的影响。
图9给出了前、后转向架的作动力计算结果。前、后转向架的作动力是不同的。这主要是由车体和各转向架构架之间的空气弹簧所产生的摇头刚度所引起的。空气弹簧的剪切刚度越大, 各转向架之间的作动力差别也越明显。前、后转向架的作动力都随着曲线半径的增加而成比例地减小。
图10 (a) 为无控制转向架在通过半径为180 m的曲线时所产生的力, 图10 (b) 为有控制转向架在通过相同曲线时所产生的力。图10中, FF表示轮缘力, CX和CY分别表示纵向和横向蠕滑力, Q/P为脱轨系数, θbogie 为转向架相对于轨道的摇头角, AF为作动力。在没有控制的情况下, 前、后转向架为达径向位置所需要的摇头角分别为 0.350°和0.270°, 轮缘力分别为38.6 kN和33.1 kN。如果转向架利用作动力控制导向, 则前、后转向架为达径向位置所需要的偏转角变为0.087°和0.165°, 轮缘力分别急剧地减小到13.8 kN和13.6 kN。在主动控制情况下, 1位、3位轮对外侧车轮的纵向蠕滑力有所降低, 而且Q/P的值降低至0。此外, 在主动控制情况下, 2位、4位轮对车轮的横向力略有增加。
从这些结果可以看出, 即使对由2台ABS转向架和1个车体构成的整车模型, 其控制性能与半车模型试验所得到的效果相同。因此, 整车模型是有效的。
5 结论
本文对用作动器取代抗蛇行减振器的主动导向转向架的曲线通过性能进行了全面的研究, 得出如下结论:
(1) 主动导向转向架半车模型的多体动力学计算结果和台架试验测试结果基本一致。即使是在小半径曲线上运行时, 主动导向转向架也可以使转向架前端外侧车轮的横向接触力降低至0。
(2) 对含有2台主动导向转向架的整车模型进行了计算研究。利用多体动力学仿真软件中的迭代计算, 可以使2台转向架的作动力取得较好的平衡, 从而使1位、3位轮对的横向接触力保持为0。
今后还要研究主动导向转向架在缓和曲线上运行时的动力学性能。此外, 将本文所提出的主动导向技术与另一项改善曲线通过性能的技术, 即优化后的磨耗型踏面相结合, 完全有可能进一步提高转向架的曲线通过性能。
参考文献
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