极限工况车辆非线性模糊MPC控制

针对应急转向下车辆的横摆稳定性和侧倾稳定性,研究前轮主动转向(active front-wheel steering,AFS)和直接横摆力矩(direct yaw-moment control,DYC)的非线性模型预测MPC集成控制。考虑轮胎侧偏刚度非线性变化,采用Takagi-Sugeon方法(T-S)建立4个车辆横摆-侧倾线性子系统,结合模糊观测器实时获取轮胎动态参数。为消除侧倾稳定性能约束,在T-S框架下建立改进横摆理想参考模型,引入侧倾稳定指标约束期望横摆角速度。根据横摆角速度、质心侧偏角、侧倾姿态的跟踪偏差和控制输入建立二次型评价函数,以驾驶员转向扰动为评价函数附加项,构建无限预测时域MPC最优性能指标,基于分布补偿方法设计非线性系统的模糊控制器MPC-TS,并根据轮胎侧偏特性设计自适应主动转向约束。通过LMIs方法将无限时域的非线性MPC控制转化凸优化过程,推导子系统转向扰动最小值问题的线性不等式。最后联合Trucksim-Simulink软件进行仿真测试,以Sine with Dwell和Fishhook曲线为驾驶员输入模拟应急转向过程,结果表明:在驾驶员应急转向的强非线性过程,MPC-TS方法能够显著增强横摆稳定性和侧倾稳定性,并适应低附和高附着路面。

挡板结构与充液率对液体晃动的影响

箱体晃动会使储液箱内液体的自由表面发生飞溅现象,而液体在储液箱内的飞溅会导致壁面受到高度局部冲击力,造成储液箱的结构损坏。为了研究储液箱内自由液面晃动规律,避免储液箱内液体晃动带来的风险,搭建了液体晃动模拟实验平台,模拟挡板固度比和储液箱内自由液面高度对储液箱内液体晃动的影响。结果表明:挡板固度比增大、储液箱内自由液面高度降低可以显著降低由于储液箱内液体自由表面的飞溅产生的壁面局部压力。研究结果为储液箱的结构设计和优化提供理论依据。

冷发射平台垂直弹射响应特性研究

为研究冷发射平台垂直弹射响应特性,基于发射平台系统结构建立了全行程刚度突变的多级油缸等效力学模型和考虑预压量的适配器动摩擦力学模型,对车身进行柔性处理,建立了考虑场坪坡度的六自由度1/2冷发射平台弹射动力学物理模型和振动方程,其中包含起竖系统、导弹-发射筒系统以及发射车-地面系统。研究了适配器刚度、液压支腿刚度及场坪坡度对冷发射平台弹射响应特性的影响,研究结果可为冷发射平台的结构优化设计和发射场坪的选择提供参考。

减震垫对导弹水下垂直发射横向振动的影响

在导弹的水下垂直发射过程中,减震垫的变形与导弹运动相互耦合,减震垫特性直接影响出筒过程中导弹的横向振动。根据动量和动量矩定理建立了导弹在出筒过程的动力学模型,分析了导弹在筒内横向运动的自由振动特性,得到了导弹在发射平台坐标系下的横向振动方程。在此基础上,研究了减震垫刚度、轴向尺寸和筒内分布对导弹横向振动频率、截面受力以及出筒姿态的影响。研究结果为导弹水下发射系统的结构设计及优化提供了理论基础与研究手段。

喷水孔数量对燃气-蒸汽弹射内弹道的影响

以含水室的燃气-蒸汽弹射动力装置为研究对象,采用Mixture两相流模型、k-ε湍流模型和域动分层动网格技术,研究了不同喷水孔数量对燃气-蒸汽弹射内弹道的影响。研究表明:随着喷水孔数量的增加,燃气进入弯管和发射筒内阻力逐渐增大,弹射装置内冷却水消耗完的时间逐渐缩短,弹射过程中的最大压力峰值逐渐降低。同时,喷水孔的数量对0.1~0.4s时间内的发射筒内的温度影响较大,对0.55s以后发射筒内的温度影响较小。喷水孔数量的增加引起发射筒内混合气体动能的降低,导致导弹的出筒时间延长和导弹的出筒速度降低。研究结果为燃气-蒸汽弹射喷水方案设计提供了理论依据。

基于碰撞的全行程液压起竖油缸振动性能研究

针对液压起竖油缸在全行程位置处的动力学特性,采用"自由运动-接触变形"模型模拟液压缸的碰撞过程,建立了全行程起竖油缸的运动微分方程,研究了全行程起竖油缸在有无碰撞间隙条件下的振动性能。数值仿真结果表明,由于活塞杆与缸体的碰撞,活塞杆在缸内的振动过程较为复杂。液压油缸系统在振动频率较低时表现为分段线性特征,但在振动频率稍高时表现为非线性;活塞杆与缸体之间的间隙增加了活塞杆的行程,显著减小了活塞杆低频范围内的位移和加速度幅值,减小了活塞杆加速度的高频共振峰值,降低了活塞杆与油缸碰撞力的频率和幅值。研究结果为大型起竖系统的结构设计和控制设计提供了理论基础和分析方法。

基于不同位置阻尼组件的连通式油气悬架振动性能

针对不同位置的阻尼组件,基于连通式油气悬架,建立了考虑各元件非线性和路面输入相关性的单桥四自由度车辆振动模型。研究悬架参数对行驶平顺性的影响,结果表明,对于阻尼组件上置悬架的平顺性,蓄能器的初始充气压力和体积、阻尼孔径和油管内径均是重要影响因素,单向阀过流截面积和油管长度影响较小;对阻尼组件下置悬架的平顺性,阻尼孔径和油管内径均是主要影响因素,其他参数影响相对较小。兼顾悬架动挠度、车轮动载及道路友好性,基于遗传算法对悬架参数进行平顺性优化,分别在时域和频域内对比了连通式悬架和独立式悬架的车辆行驶性能,结果表明,相对于阻尼组件下置悬架,阻尼组件上置悬架的行驶性能指标均较好;连通式悬架明显提高了行驶平顺性,但增大了悬架的动挠度和车轮动载。

基于T-S模型的载货车辆动态参数滑模控制

为改善载货车辆极限状态的操纵稳定性和侧翻稳定性,在非线性工作域内进行主动横摆和侧倾力矩的改进型滑模控制,实现载货车辆横摆-侧倾运动的联合控制。利用扇形域建立非线性悬架和轮胎的T-S模型,结合模糊观测器获取悬架和轮胎动态模型参数。基于T-S方法的横摆-侧倾联合控制模型,考虑横向载荷偏移对期望横摆角速度的影响,建立横摆状态和侧倾状态滑模面,设计了改进型滑模方法的动态滑模参数,并对控制系统进行Lyapunov稳定性分析。在Trucksim中采用Sine with Dwell转向输入进行验证,结果表明:结合模糊观测器的T-S方法能够准确模拟模型参数的非线性变化,动态滑模参数具有不同路面摩擦状态的自适应性,结合T-S模型的动态参数滑模方法能显著提高载货车辆极限状态下的稳定性,控制性能优于传统滑模方法。

二次燃烧对燃气弹射初容室载荷影响数值研究

建立了初容室燃气弹射三维数值模型,采用两步CO-H2-air化学反应过程模拟初容室内的二次燃烧过程,运用动态分层动网格方法模拟初容室尾罩的运动,对燃气在初容室的流场演化过程进行了数值模拟。结果表明:初容室内二次燃烧的气体的扩散速度比多组分气体流场快;与多组分气体工况相比,二次燃烧过程增加了初容室内的温度峰值,降低了初容室压力峰值;通过与实验曲线对比,二次燃烧的工况获得温度和压力载荷与实验更接近。研究结果可为燃气弹射内弹道设计提供理论基础。

变工况下车辆燃油箱多孔挡板抑浪机理研究

车辆的变加速度工况会导致燃油剧烈晃动,发生供给中断甚至损坏燃油箱结构等现象。采用基于动网格耦合VOF的数值模拟方法和构建的水平激励试验平台,从数值与试验两个方面来分析燃油晃动过程。以某重载商用车辆燃油箱内多孔挡板为例,系统分析该挡板抑制燃油晃动的效果,探讨了多孔挡板抑浪的机理。研究结果表明:多孔挡板能够显著减小壁面压力、自由液面高度及液面轮廓起伏;燃油箱运动瞬间,挡板壁面出现瞬态局部高压,但对挡板结构的疲劳损坏程度较低;多孔挡板的孔隙将未被挡板实体部分阻碍的小部分流体分割成多股射流,急剧减缓行进波传递;多孔挡板附近流场产生涡旋,涡旋聚集和耗散能量,降低流体运动速度,达到抑制燃油剧烈晃动的目的。

受饱和约束的车辆转向非线性鲁棒模糊分布控制

针对极限状态下车辆转向非线性和执行器饱和问题,研究主动前轮转向(active front steering, AFS)和直接横摆力矩控制(direct yaw-moment control, DYC)对横摆-侧倾稳定的集成控制。采用Takagi-Sugeon(T-S)方法建立车辆3自由度横摆侧倾模型,结合模糊观测器实时获取模型动态参数。为准确反映车辆转向稳态过程,在T-S框架下建立改进横摆理想参考模型。考虑到极限转向对前轮侧偏特性的影响,构建T-S框架下主动前轮输入的动态饱和阈值。引入松弛因子提高AFS和DYC的执行器利用率,将反馈输入的饱和影响作为有界扰动进行控制。基于分布补偿结构设计状态反馈模糊分布控制器(parallel distributed compensation-TS,PDC-TS),采用范数有界的侧翻稳定阈作为侧倾性能约束,将车辆横摆-侧倾稳定性的H;性能转换为线性矩阵不等式(linear matrix inequalities, LMIs)凸优化问题。最后联合Trucksim-MATLAB/Labview软件进行控制仿真和硬件在环验证,结果表明,PDC-TS方法对强非线性转向过程的控制更加准确,执行器能力利用更充分,并在输入饱和约束下保持控制稳定性。

面向工程教育专业认证的车辆工程专业培养目标探索

工程教育专业认证核心理念是以学生为中心、以产出为导向以及质量持续改进。为契合工程教育专业认证的理念和要求,进一步提高车辆工程专业办学质量,必须根据学校定位和人才需求实际提出专业目标,并加强宣传与公开、评价与改进等。通过对培养目标的探索,凸显了专业培养方案的合理性、开放性和持续改进,有效推进专业建设、推广培养体系、提高社会影响力。

八轴连通式油气悬架车辆行驶性能和通过性能研究

行驶性能和通过性能是评估车辆越野性能的基本指标。为得到八轴连通式油气悬架车辆的越野性能,分别对行驶性能和通过性能开展了研究。简化了整车的物理模型,根据拉格朗日方程推导了车辆的振动方程,建立了白噪声路面输入方程;通过仿真结果与实验结果的对比,验证了柔性模型的合理性。基于柔性模型,以路面不平度系数为输入变量,得到了车辆在较好路面、一般路面、较差路面、恶劣路面的行驶性能;通过建立脉冲冲击、台阶冲击、震荡冲击的数学模型,得到了车辆的通过性能。结果表明:随着路面等级变差,八轴车辆的极限车速下降,B级路面极限速度为144 km/h,C级路面极限速度为64.8 km/h,D级路面极限速度为32.4 km/h,E级路面极限速度为7.2 km/h;路面冲击类型主要影响车头的加速度和车轮相对动载的极值,脉冲冲击时车轮发生腾空,且车头垂向加速度超过2.5倍重力加速度,而台阶冲击和震荡冲击均未出现轮胎腾空和车头2.5倍重力加速度的过载。

开口向上的环形腔宽度对弹射载荷的影响

为了研究开口向上的环形腔宽度对低温燃气弹射初容室内载荷的影响,采用计算流体动力学方法,结合SST湍流模型、有限速率/涡耗散燃烧模型和域动分层动网格技术,建立密闭空间导弹弹射过程二次燃烧模型。在与实验对比验证的基础上,结合数值模拟研究了开口向上的环形腔宽度对低温燃气弹射载荷的影响。结果表明:环形腔宽度为110 mm时,弹射载荷变化最平稳,且无明显双峰现象。研究结果为导弹燃气弹射的初容室结构设计提供参考。

多孔挡板影响液体晃荡冲击压力特征的研究

船舶波浪中航行激励液舱内液体晃荡产生的激振力会导致液舱结构局部失效,从而影响船舶运动姿态,而多孔挡板可以有效避免该问题。构建了大振幅水平激励试验平台以探讨冲击压力对频率的响应规律,分析了多孔挡板在不同激励频率下冲击压力的时域和频域特征,并从挡板结构和涡旋强度方面解释冲击压力特征产生差异的原因。结果表明,大振幅激励下的波浪翻卷、破碎等非线性特征会导致共振频率偏离固有频率;多孔挡板能够降低液体晃荡冲击压力的峰值与峰宽,且在一阶固有频率处压力峰值降低率更显著;多孔挡板不改变幅频中的主频成分,时频谱中仅有能量较低的低频成分;多孔挡板的固体结构阻碍行进波中大部分流体运动,剩余小部分流体通过孔隙会产生涡旋运动,从而耗散能量,减缓流体对液舱壁面的冲击。

制动工况下汽车油箱的数值分析研究

汽车在紧急制动工况下会导致油箱中油液剧烈晃动,产生供给中断甚至损坏油箱结构等问题。以某种车辆燃油箱为研究对象,基于Fluent与Static structural模块对不同制动加速度下的汽车油箱中燃油晃动情况进行数值仿真分析。研究表明,油箱的最大压强位置总是出现在汽车运动方向的油箱壁面底处,制动加速度的增大会导致冲击型脉冲压力的出现;两种制动加速度下油箱壁面的最大应力远小于材料的屈服极限。研究结果为燃油箱的结构优化设计提供了数据支撑。

车架横梁截面对承载性能影响的仿真分析

横梁对载货车辆的承载性能起着重要作用。建立了某轻型载货车辆车架的几何模型和有限元模型,分析了满载弯曲、满载扭转、满载制动和满载转弯的加载条件,对比分析了不同工况下车架的应力和变形,研究了不同截面横梁对车架承载性能的影响。结果表明:槽形横梁具有综合良好的车架承载性能,矩形横梁能够增强自身承载能力,圆形横梁在不同工况下对车架承载性能影响不一致。研究结果可为轻型货车车架横梁的设计提供理论参考。

卡瓣分离后气动特性数值研究

为了研究穿甲弹卡瓣分离后的气动性能,采用计算流体力学方法结合k-ε二方程湍流模型,建立卡瓣分离后翻转过程数值模型,在与相关实验结果对比验证的基础上,研究了不同翻转角度下卡瓣的气动系数变化规律.结果表明:卡瓣的气动参数变化符合周期性变化规律;卡瓣的升力系数、阻力系数和力矩系数与翻转角度密切相关.研究结果为卡瓣结构设计和运动轨迹预测提供基础.

密封盖翻转过程中的气动特性数值研究

为了研究密封盖的气动性能,采用计算流体力学方法结合k-ε二方程湍流模型,建立密封盖翻转过程数值模型,在与实验数据对比验证的基础上,研究了密封盖翻转过程中气动特性随迎角变化规律。结果表明:密封盖的气动特性符合正弦规律变化趋势;密封盖的升力系数、阻力系数和力矩系数与来流方向密切相关。研究结果为密封盖运动轨迹预测提供基础。

基于魔术公式的轮胎参数敏感分析

为提高对轮胎经验参数的辨识能力,以正弦形式魔术公式为基础,将经验参数按相关程度定义一级参数和二级参数,并在Matlab/Simulink中建立纯滑移及混合滑移工况下的轮胎纵向力仿真模型。分析研究了6类一级参数对纵向力的敏感差异,15个二级参数对一级参数敏感差异,结果表明对轮胎纵向力敏感的一级参数有形状因子Cx、峰值因子Dx;对形状因子Cx敏感的二级参数有pCx1;对峰值因子Dx敏感的二级参数有pDx1。研究结果为轮胎参数辨识提供理论参考。