交通运输工程学报

车辆半主动悬架全息最优滑模控制器设计方法

陈士安, 王骏骋, 姚明 — 2016-06-30

陈士安, 王骏骋, 姚明为使半主动悬架在名义工况下获得尽可能优的使用性能,保证在变参数/行驶工况下具有良好的鲁棒性,提出一种车辆半主动悬架全息最优滑模控制器设计方法。基于车辆模型分析了现有最优滑模控制器不能使半主动悬架在名义工况下获得较优性能与在变参数/行驶工况下鲁棒性较差的原因。通过对半主动悬架控制系统状态方程进行扩展,构建了不丢失任何系统结构与期望性能信息的滑模流形函数,据此设计了半主动悬架全息最优滑模控制器。通过变参数多工况数值仿真对比了采用现有最优滑模控制器的半主动悬架、采用全息滑模控制器的半主动悬架与被动悬架的性能。分析结果表明:在名义工况下,采用全息最优滑模控制器的半主动悬架的综合性能较采用现有最优滑模控制器的半主动悬架与被动悬架的综合性能分别提高了88.30%、38.33%; 在变参数工况下,采用全息最优滑模控制器的半主动悬架、采用现有最优滑模控制器的半主动悬架和被动悬架的综合性能指标的最大波动分别是26.22%、74.42%、46.39%; 在变行驶工况下,采用全息最优滑模控制器的半主动悬架、采用现有最优滑模控制器的半主动悬架和被动悬架的综合性能指标的最大波动分别是78.55%、106.22%、115.06%。可见,相比于被动悬架与采用现有最优滑模控制器的半主动悬架,采用全息最优滑模控制器的半主动悬架可获得更好的名义工况使用性能与变工况鲁棒性。交通运输工程学报. 2016 16(3): -.

飞机座舱空气质量数值模拟研究

代炳荣, 刘义国, 余刚, 司海青 — 2016-06-30

代炳荣, 刘义国, 余刚, 司海青以B737NG客舱模型为对象,采用CFD方法在无乘客的工况下分析了天花板送风、行李架送风、天花板和行李架送风、天花板和个人送风口送风等4种送风方式下飞机座舱气流速度、温度、甲醛浓度和二氧化碳浓度的分布情况。研究结果表明:第3、4种送风方式下座舱内的气流速度分布较均匀,乘客座位附近的气流速度约为0.2 m・s^-1; 第4种送风方式下座舱内的温度分布最均匀,温度从送风口到乘客座位附近逐渐上升到296 K; 第3、4种送风方式下座舱内的甲醛浓度较低; 4种送风方式下座舱内的二氧化碳浓度均在标准范围内,可见,采用天花板和个人送风口送风方式能使座舱气流速度和温度分布更均匀,空气污染物去除效果更好,能够得到更好的空气质量。交通运输工程学报. 2016 16(3): -.

左转许可控制的平交口直左与左转车道延误比较

邵海鹏, 吕纪娜, 董海倩 — 2016-06-30

邵海鹏, 吕纪娜, 董海倩为了在左转许可相位下比较左转专用和直左共用车道的延误,分析了2种左转交通组织方式下交通流在交叉口运行的规律,基于可接受空当理论,以到达率和左转车辆比例为变量,分别建立了在泊松分布到达情况下2种左转交通组织方式下的延误模型,以西安市某交叉口的几何设计和信号控制数据为例进行了延误分析。计算结果表明:总延误随着到达率和左转车辆比例的增大而增大; 到达率较小时设置左转专用车道的延误较大,随着到达率的增大设置直左共用车道的延误逐渐接近甚至超过设置左转专用车道的延误; 直左共用车道适用于较小交通需求,左转专用车道适用于较大交通需求; 当到达率不大于0.12 pcu・s^-1,或到达率为0.12～0.18 pcu・s^-1、左转车辆比例不大于0.2时,建议设置直左共用车道; 当到达率不小于0.18 pcu・s^-1,或到达率为0.12～0.18 pcu・s^-1、左转车辆比例大于0.2时,建议设置左转专用车道。交通运输工程学报. 2016 16(3): -.

掺外加剂沥青砂浆的力学性能

牛冬瑜, 韩森, 李星, 李波, 任万艳 — 2016-06-30

牛冬瑜, 韩森, 李星, 李波, 任万艳应用压缩试验应力-应变数据,分析了常规条件与冻融条件下,70^#沥青砂浆、90^#沥青砂浆、橡胶沥青砂浆及其对应掺外加剂砂浆的应力响应规律、强度损失指数与影响砂浆力学性能的物理化学原因,并基于能量转化原理与能量指标,研究了压缩过程中沥青砂浆的破坏本质与力学耐久性能。分析结果表明:在常规条件下,加入外加剂KS的橡胶沥青砂浆、70^#沥青砂浆与90^#沥青砂浆的最大应力分别为1.345、1.218、1.186 MPa,分别为对应未掺外加剂沥青砂浆最大应力的1.12、1.18、1.30倍,加入外加剂沥青砂浆的能量释放系数增量分别为0.152、0.067、0.054 MPa^-1・J^-1,分别为对应未掺外加剂沥青砂浆能量释放系数增量的68.8%、78.8%、41.9%,因此,加入外加剂提高了沥青砂浆的抗压强度,改善了沥青砂浆的力学耐久性能; 在冻融条件下,加入外加剂的橡胶沥青砂浆、70^#沥青砂浆与90^#沥青砂浆的最大应力分别为1.311、1.170、1.083 MPa,分别为对应未掺外加剂沥青砂浆最大应力的1.22、1.11、1.06倍,加入外加剂沥青砂浆的能量释放系数增量分别为0.221、0.070、0.073 MPa^-1・J^-1,分别为对应未掺外加剂沥青砂浆能量释放系数增量的61.7%、72.9%、65.2%,能量释放系数越小,抗疲劳性能越好,因此,加入外加剂能够改善沥青砂浆的水稳定性,减少冻融损伤,确保冻融后沥青砂浆的力学耐久性能。交通运输工程学报. 2016 16(3): 8-16.

施工关键因素对环氧沥青混凝土路用性能的影响

薛永超, 钱振东 — 2016-06-30

薛永超, 钱振东为了研究施工关键因素与环氧沥青混凝土路用性能的综合关系,通过模拟施工关键因素的变化,在室内进行多指标正交试验,关键因素主要包括环氧沥青中A、B组分质量比(A组分为环氧树脂,B组分为石油沥青与固化剂组成的匀质合成物)、油石比、集料级配、混凝土成型时间、混凝土成型温度与压实功,多指标主要包括高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性、渗水性、抗滑性与水稳定性,利用改进灰色局势决策计算正交试验中每种局势的路用性能与最优局势的灰色综合关联度,并通过SPSS软件进行极差与方差分析。分析结果表明:局势4的灰色综合关联度为0.943 7,与局势3的灰色综合关联度相差0.081 1,较大的差值说明不同的局势与最优局势的联系紧密程度相差较大,根据各局势的灰色综合关联度得出18种制作试件方案的优劣排序; 成型时间的极差为2.857,集料级配的极差为1.555,两者相差1.302,说明不同的关键因素对环氧沥青混凝土路用性能的影响程度不同,根据各关键因素的极差得出6个关键因素对环氧沥青混凝土路用性能的影响程度由大到小依次为成型时间、油石比、A、B组分质量比、压实功、成型温度与集料级配; 比较每个关键因素的各水平的灰色综合关联度均值,可以得出最佳的施工方案为A、B组分质量比取1:2.9,油石比取6.5%,集料级配取2.36 mm筛孔通过率设计中值,成型时间取55 min,成型温度取120 ℃,压实功取轮碾24次; 方差分析中各关键因素的F检验值均大于临界值19,具有良好的显著性。可见,采用改进灰色局势决策可以有效评估不同施工方案下环氧沥青混凝土路用性能,并可以结合极差分析确定施工过程中各关键因素对环氧沥青混凝土路用性能的影响程度与最佳的施工方案。交通运输工程学报. 2016 16(3): 17-27.

半刚性基层双层连续摊铺层间结合状态

乔志, 王选仓, 张志芳, 赵胜, 刘祖臣, 徐子涛 — 2016-06-30

乔志, 王选仓, 张志芳, 赵胜, 刘祖臣, 徐子涛为了提高寒冷地区道路基层使用寿命,研究了半刚性基层层间黏结机理,设计了适用于基层试件的直剪模具,对基层层间抗拉强度和抗剪强度进行试验,分析了不同摊铺方法对基层层间结合效果的影响。运用BISAR3.0软件,设定了不同的层间摩擦因数,在不同层间结合状态下计算了各结构层层底拉应力分布情况,提出了适用于北方寒冷地区沥青混合料与水稳碎石混合料的疲劳方程,计算了双层连续摊铺工艺下路面的使用寿命。计算结果表明:采用双层连续摊铺时,基层试件层间抗拉性能较传统试件提高了1.8倍,但仅达到了标准试件抗拉强度的37.9%,双层连续摊铺距离层间结合理想状态(完全连续)还有一定的差距; 在抗剪强度上,双层连续摊铺相比于传统摊铺工艺提高了7.3倍,采用双层连续摊铺施工可以有效改善基层路用性能; 随着层间摩擦因数的提高,各结构层层底拉应力不断减小。可见,双层连续摊铺可以有效提高半刚性基层层间结合效果,改善层底应力分布,使路面结构寿命提高了16.1%～47.4%。交通运输工程学报. 2016 16(3): 28-34.

波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板组合连续箱梁受弯性能

董桔灿, 陈宜言, BRISEGHELLABruno, 吴庆雄, 王梦雨 — 2016-06-30

董桔灿, 陈宜言, BRISEGHELLABruno, 吴庆雄, 王梦雨提出了新型波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板组合梁,混凝土顶板与双钢管混凝土下弦杆由波形钢腹板连接。为了分析新型组合梁在正、负弯矩作用下的受弯性能,进行了组合连续梁的受弯试验,研究了试验梁的破坏模式、变形特性、应变特性与混凝土顶板裂缝发展规律。根据试验结果,提出了新型组合梁的变形和承载力计算方法,并验证了方法的有效性。试验结果表明:在正、负弯矩区段,组合截面波形钢腹板各测点纵向应变很小,跨中和支点处纵向应变峰值仅为下弦杆的3.7%和5.1%,可忽略不计; 混凝土顶板和钢管混凝土下弦杆纵向应变沿截面高度方向基本呈线性变化,满足平截面假定,在外荷载作用下共同受力; 当组合试验梁达到开裂荷载140 kN时,主梁跨中挠度理论计算值为5.8 mm,试验值为5.5 mm,误差约为5%,当组合试验梁跨中截面达到极限抗弯承载力时,荷载理论计算值为399 kN,试验值为415 kN,试验值略高于理论计算值,但两者误差很小,约为4%,说明该组合梁的挠度和抗弯承载力理论计算方法简单、可靠。交通运输工程学报. 2016 16(3): 35-45.

连接索链弹性模量对防撞系统能量转换的影响

陈徐均, 于伟, 刘俊谊 — 2016-06-30

陈徐均, 于伟, 刘俊谊为了研究船舶与柔性浮式防撞系统碰撞过程中能量的转换关系,分析了连接索链弹性模量对系统消能作用的影响。在对数值计算模拟条件做出合理假设的前提下,基于能量守恒原理,模拟了船舶撞击柔性浮式防撞系统的运动过程,分析了不同连接索链弹性模量条件下重力锚位移的变化规律。基于位移相似与能量等量原则,建立了2种数学模型,比较了数值计算结果与试验结果的差异。分析结果表明:连接索链弹性模量衡量了其变形程度,是影响撞击过程中船舶动能转化为弹性势能的重要因素; 在相同条件下,连接索链的弹性模量越大,连接索链越不易发生形变,船舶撞击系统过程中转化为弹性势能的动能就越小,转化为重力锚摩擦内能的动能就会越大,各重力锚的锚位移就会越大; 通过数值计算结果与模型试验结果的比较,模型试验中连接索链的弹性模量为260 GPa比较合适; 在保证连接索链不发生断裂的前提下,索链的选取直接影响系统走锚的位移,从而影响柔性浮式防撞系统的拦阻效果。交通运输工程学报. 2016 16(3): 46-54.

系统参数对高速列车车轮踏面凹陷磨耗的影响

黄彩虹, 罗仁, 曾京, 宋春元 — 2016-06-30

黄彩虹, 罗仁, 曾京, 宋春元为了探明高速列车车轮踏面凹陷的原因,建立了以车辆-轨道系统动力学模型与磨耗模型为一体的磨耗预测模型,在轮轨法向接触中采用Herz接触理论进行接触斑形状和法向力分布的计算,在轮轨切向接触中采用Kalker简化理论计算切向力,采用Achard磨耗模型计算磨耗量。为了修正磨耗预测模型,仿真分析了CRH₃型高速列车在武广线上运行时的车轮踏面磨耗形状,并与实测车轮踏面磨耗形状进行了对比。为了得到与实测结果比较接近的磨耗规律,考虑磨耗系数的不确定性,在磨耗预测时初始的磨耗系数应除以10。利用修正的理论模型,研究了钢轨型面、车轮型面、运行速度、轨道不平顺、线路条件、转向架结构和悬挂参数对高速列车车轮踏面磨耗规律的影响。研究结果表明:车轮型面和钢轨型面影响车轮踏面磨耗位置、磨耗深度与磨耗宽度,运行速度影响车轮踏面磨耗深度,轨道不平顺影响车轮踏面磨耗深度和宽度,线路曲线半径影响车轮踏面磨耗深度和宽度,过高的运行速度、不合理的轮轨匹配关系和过高的轨道平直度容易引起车轮集中磨耗,导致车轮踏面出现凹陷,转向架悬挂和结构参数对踏面凹磨产生的影响较小。交通运输工程学报. 2016 16(3): 55-62.

车辆转向架全域应力推演与实时监控

唐兆, 聂隐愚, 邬平波 — 2016-06-30

唐兆, 聂隐愚, 邬平波为了提高疲劳强度评定和疲劳寿命预测的可靠性与精度,基于结构可测位置应力提出了全域应力推演方法进行任意位置的应力预测。引入了基于无网格计算的径向基函数插值理论,建立了新的插值域选择规则,改进了传统Multi-Quadric(M-Q)径向基函数。为了验证改进的M-Q径向基函数的插值性能,在对转向架构架施加横向载荷为58 kN,牵引载荷为55 kN,垂向载荷为85 kN,选取了应力不可直接测量的8个位置,分别采用改进的M-Q径向基函数与薄板样条(TPS)径向基函数进行插值精度比较。分析结果表明:采用改进的M-Q径向基函数预测的应力最大相对误差为0.090 6%,平均相对误差为0.028 4%,采用TPS径向基函数预测的应力最大相对误差为1.611 3%,平均相对误差为0.604 2%,因此,采用改进的M-Q径向基函数推演转向架构架应变片不可测位置应力的计算精度远优于采用TPS径向基函数的精度; 结合改进的M-Q径向基函数插值算法,开发了一套车辆转向架全域应力推演和实时监控系统(TPL Monitoring),具有良好的交互性、实时性和可扩展性。交通运输工程学报. 2016 16(3): 63-71.

高加速寿命试验下的干式离合器半联动热稳定性

王阳阳, 陈广达, 李南, 袁一卿 — 2016-06-30

王阳阳, 陈广达, 李南, 袁一卿针对干式离合器在半联动操作中的热失效问题,研究了半联动过程中离合器的热稳定性。基于离合器半联动操作过程中的滑摩功,得到了影响热稳定性的关键变量,包括摩擦片轴向压力、相对滑磨转速和滑磨持续时间。结合干式离合器热模型和高加速寿命试验,设计了强化加载剖面,验证了摩擦片热模型的循环强化加载试验效果。为了分析高加速寿命试验下不同变量对热稳定性的影响程度,通过正交试验和极差分析法,研究了关键变量对摩擦片最高热点温度的影响。研究结果表明:按影响程度由大到小排序,3个关键变量依次为相对滑磨转速、滑磨持续时间和摩擦片轴向压力; 当发动机转速较低,约为1 000 r・min^-1时,热点温度始终保持在200 ℃以下的安全温度,当发动机转速超过1 500 r・min^-1,轴向压力超过2.0 kN,滑磨持续时间超过8 s后,热点温度将超过200 ℃的安全温度; 采取合适的半联动操作组合,例如控制发动机的转速与频繁半联动操作的累计时间,可以有效防止摩擦片热失效的发生。交通运输工程学报. 2016 16(3): 84-90.

车辆主动前轮转向与直接横摆力矩自适应控制

桑楠, 魏民祥 — 2016-06-30

桑楠, 魏民祥基于Lyapunov理论提出车辆主动前轮转向与直接横摆力矩的集成控制方法,在二自由度车辆模型的基础上设计了自适应控制器,对轮胎刚度进行自适应估计以补偿轮胎侧向力的非线性,基于MATLAB和CarSim软件搭建了车辆闭环仿真模型,在路面上进行了正弦输入仿真试验。仿真结果表明:附着系数为0.8、车速为100 km・h^-1时,前轴侧向力最大误差为210 N,约占前轴实际侧向力的8.1%,后轴侧向力最大误差为296 N,约占后轴实际侧向力的8.5%; 附着系数为0.3、车速为80 km・h^-1时,前轴侧向力最大误差为146 N,约占前轴实际侧向力的8.5%,后轴侧向力最大误差为142 N,约占后轴实际侧向力的9.8%。车辆主动前轮转向与直接横摆力矩集成控制的效果优于主动前轮转向和直接横摆力矩单独控制的效果。交通运输工程学报. 2016 16(3): 91-99.

信号被动优先条件下的有轨电车运行图编制优化

江志彬, 徐瑞华 — 2016-06-30

江志彬, 徐瑞华以半封闭路权和共享路权的有轨交通线路为背景,基于交叉口信号被动优先控制策略,在给定的不同路口信号周期和绿灯时长条件下,以提高有轨电车的旅行速度为目标,研究了交叉口拓扑结构的定义规则和交叉口运行图的表示方法,构建了有轨电车时刻表与交叉口绿灯信号配时优化的整数规划模型,以某城市的一段有轨电车线路为例,应用运行图编制软件对模型进行验证。计算结果表明:当绿灯时长为15 s时,无绿灯信号配时优化的旅行时间增加了341 s,而优化后旅行时间增加仅为56 s,节省了285 s。绿灯信号配时优化对于提升有轨电车列车的旅行速度具有非常明显的效果,基于模型的计算结果能够编制出综合旅行时间最优的有轨电车运行图。交通运输工程学报. 2016 16(3): 100-107.

海上不规则波浪扰动对船舶运动的影响

钱小斌, 尹勇, 张秀凤, 李业 — 2016-06-30

钱小斌, 尹勇, 张秀凤, 李业针对动力定位船舶高精度六自由度运动数学模型的需求,研究了不规则海浪扰动的建模方法及其对船舶运动的影响,对比了长峰波与短峰波的波面形状及其产生的波浪力和力矩; 基于傅汝德-克雷诺夫假设,将船舶近似为箱型船,建立了长峰和短峰不规则波对动力定位船舶产生的扰动时域模型; 基于微幅波假设和线性叠加原理,采用中国沿海的频率谱和国际拖曳水池会议推荐的扩散函数,建立了长峰和短峰不规则波的三维波面模型,并对一艘动力定位船舶进行了主浪向角为90°、135°和180°的仿真验证。仿真结果表明:长峰波和短峰波所产生的一阶波浪力均呈高频振动变化; 当主浪向角为90°时,长峰波产生的一阶波浪纵向力、纵摇力矩、横摇力矩接近于0; 当主浪向角为180°时,长峰波产生的一阶波浪横向力、艏摇力矩、横摇力矩接近于0; 长峰波产生的二阶波浪力和力矩比短峰波大19.2%; 短峰波较长峰波在形状上更具有不规则性和不对称性,短峰不规则波可对船舶在波浪中的运动产生较大影响。交通运输工程学报. 2016 16(3): 116-124.

历史街区交通微循环优化的双层规划模型

王秋平, 丁猛 — 2016-06-30

王秋平, 丁猛为满足历史街区日益增加的交通需求,利用街区内密布的街巷网络组织交通微循环,建立了历史街区交通微循环优化的双层规划模型,以提高干路畅通性与路网平均行程车速、缩短绕行时间和控制环境污染为优化目标,以街区内街巷的通畅和历史遗存保护为约束条件,构建上层模型,采用用户均衡交通分配与借助TransCAD求解下层模型,并选取开封市草市街历史街区进行实例分析。计算结果表明:优化计算使干路平均饱和度可由0.69最多降至0.36; 路网平均行程车速可由26.33 km・h^-1最多提升至28.87 km・h^-1; 街区内街巷平均饱和度可由0.07最多提升至0.37; 绕行时间及环境污染得到控制。可见,该模型的应用缓解了干路网络的交通压力,提高了街区可达性及总体运行效率,具有良好的交通效益和环境效益。交通运输工程学报. 2016 16(3): 125-132.

基于Logistic模型的混合自行车流量-密度关系

周旦, 马晓龙, 金盛, 王殿海 — 2016-06-30

周旦, 马晓龙, 金盛, 王殿海针对非机动道路内电动自行车与传统自行车混合行驶的交通现象,在分析混合自行车交通流特性的基础上引入Logistic模型,利用数值分析方法建立了适用于描述混合自行车流量-密度关系的数学模型与自行车道通行能力计算模型,利用杭州市6个路段的实测数据进行数据拟合,得到了通行能力估计值,对车流样本中的最大速度、自由流速度、最佳密度进行了参数敏感性分析。研究结果表明:6个路段数据的拟合优度分别为0.92、0.93、0.93、0.95、0.98、0.96,通行能力分别为2 968、2 641、2 687、2 754、2 646、3 065 bic・(h・m)^-1,因此,模型能较好地描述城市混合自行车交通流在不同状态下的变化特征,为进一步揭示城市自行车道内混合自行车交通流运行机理提供了新的思路。交通运输工程学报. 2016 16(3): 133-141.

一种实时车道线偏离预警系统算法设计和实现

徐美华, 张凯欣, 蒋周龙 — 2016-06-30

徐美华, 张凯欣, 蒋周龙针对实时车道线偏离预警问题,采用一种横向腐蚀算子对边缘检测后的图像进行腐蚀,减少和消除图像中无关的边缘信息,从而显著减少后续处理数据量; 提出一种以大津法为基础的边缘梯度图像分块阈值选取方法以便在不均匀光照条件下对道路边缘图像进行有效分割; 结合车道线在路面分布的几何特征、Hough投票结果、道路图像之间的相关性和车道线宽度特征,提出了候选车道线筛选和计分算法对多车道场景进行车道线识别,采用卡尔曼滤波法对车道线进行跟踪,应用车道线偏离预警系统算法软件进行了试验验证。试验结果表明:道路图像总帧数为24 661,其中确检帧数为23 483,误检帧数为1 178,平均检测正确率为95.22%,因此,算法是正确的和有效的,可以较好地满足车道线偏离预警系统实时性和鲁棒性的要求。交通运输工程学报. 2016 16(3): 149-158.