轮边电机驱动汽车性能仿真与控制方法的研究

为多域车辆的陆地行驶,设计了轮边电机驱动系统,构建了基于轮边驱动系统的车辆模型,并对驱动控制方法进行了研究。在转向动力学理论分析基础上,在ADAMS中建立了多体动力学模型;提出了车辆驱动与转向的控制策略,在Matlab/Simulink环境建立了控制模型,运用联合仿真方法对车辆在直线加速、转向和制动等典型工况下的行驶性能进行仿真验证。结果表明车辆的主要性能符合预期目标,驱动控制策略有效。

冲击压路机减振系统的参数化仿真研究

为了减小冲击压路机作业时引起的冲击与振动,仿真研究了减振系统参数对作用于牵引车的冲击载荷的影响特性.通过分析冲击压路机的结构和作业特点,建立了减振系统的动力学方程.在UG软件中建立整机的实体模型,然后将其导入多体动力学仿真软件ADAMS中,建立包含轮胎与地面的动力学模型,在典型工况下仿真了整机的动力学特性,将仿真结果与试验数据对比,验证了模型的正确性.通过参数化设计研究方法将模型参数化,仿真分析了减振系统的刚度、阻尼参数变动时牵引载荷的变化,获得了参数影响的灵敏度曲线和载荷曲线,给出了参数值的合理范围.结果表明,系统的第1级阻尼和第2级刚度对牵引载荷的影响较大,整机仿真模型能够模拟冲击压路机的实际工况,为工程优化提供参考.

混凝土泵车多姿态有限元建模及整车模态分析

在一定的泵送频率下,混凝土泵车会出现共振现象,导致臂架末端剧烈振动,因此对整车进行模态分析很有必要;而不同姿态下的泵车,其有限元模型的建模和变姿态极其繁琐、耗时且易出错。基于HyperWorks软件进行二次开发,实现对某型号混凝土泵车不同姿态的自动调整和模态的自动化分析。通过模态分析得到整车固有频率和振型,分析不同姿态对整车模态的影响。最后通过实车试验进行对比分析,验证二次开发的有效性,为混凝土泵车的减振结构设计和有限元二次开发提供参考。

分布式电驱动车辆CAN通信系统设计与实现

分布式驱动车辆能够独立驱动和控制每个车轮,具有结构紧凑,传动效率高,易于精确控制等特点.以多个电控单元协调控制系统的总线通信为研究对象,基于SAE J1939与CAN2.0B总线协议,设计了多控制节点间的数据通信协议,并利用控制器快速原型开发方法与自动代码生成技术构建了通信系统的软件与硬件平台.在车轮空载条件下,对通信系统进行了实车测试,结果表明,控制指令、电机转速、电机电流与控制器温度等信号传输正确可靠,通信系统抗干扰能力强,能满足底盘系统的实时性控制需求.

多轴轮毂电机驱动车辆的转向阻力特性

为研究多轴电动车辆的转向阻力特性,在考虑了轮胎负荷变化对轮胎侧偏刚度影响的基础上,建立了车辆3自由度动力学模型;提出了一种稳态转向工况下的转向阻力计算方法,推导了轮胎侧偏角和转向阻力矩的理论计算式.基于该模型,分析了转向阻力矩与转向输入量和车速的关系及理论约束边界,比较了在相同质量与等效履带接地长度条件下轮胎式与履带式车辆的转向阻力矩,讨论了轮胎侧偏角对轮胎力分配的影响,并通过ADAMS软件对计算结果进行了验证.结果表明,相同参数条件下,多轮驱动车辆的转向阻力矩大于履带式车辆的阻力矩,计算模型可为转向控制策略提供理论参考.

混凝土泵车整车有限元模态分析与试验

混凝土泵车工作在一定泵送频率时会出现共振现象,导致臂架末端振动较大,因此针对混凝土泵车的模态及其影响因素分析很有必要。以某型号混凝土泵车整车为研究对象,基于HyperWorks软件建立了整车有限元仿真模型和混凝土质量等效模型,通过模态分析得到了整车固有频率与振型。与上车模态进行对比,上车系统相对于整车系统固有频率最大增加10.5%,验证了上车系统与下车系统之间存在互相影响的耦合作用关系。与空管模态进行对比,满管相对于空管固有频率减少10%以上,其中前2阶模态变化率最大,验证了混凝土质量对振动模态的影响,且对低阶模态影响较为突出。通过实车模态试验,证实了所搭建模型的准确性,为混凝土泵车进一步的减振结构设计和动响应求解提供参考。

平整工况下三节臂挖掘机时间最优运动规划

针对市场上普通臂挖掘机作业能力有限和挖掘轨迹规划的问题,以三节臂反铲液压挖掘机为研究对象,对比分析挖掘机平整工况的作业范围,并以最短挖掘时间为目标,提出一种挖掘机平整工况的运动规划方法。首先,以工作装置各部件转角的变化范围作为边界条件,通过MATLAB对三节臂挖掘机和普通臂挖掘机平整工况的作业范围进行仿真;其次,将求解出的作业范围均分为5段,以最短挖掘时间为目标,采用粒子群优化(PSO)算法对各关节插值时间进行优化,得到满足条件的最优时间以及各个油缸的位置、速度和加速度曲线。仿真结果表明该机型平整范围比普通臂挖掘机增加12.13%,各液压油缸运动平稳且满足系统流量的要求。平整工况下该机型的时间最优运动规划方法可适用于其他工况下挖掘轨迹的运动规划,最终为实现完全自动挖掘、提升作业效率和作业质量提供理论依据和技术支持。

三维建模技术在机械产品设计中的应用研究

比较了传统的和基于三维建模技术的产品设计方法。介绍了Pro/ENGINEER软件的特点,提出了从产品设计和三维建模技术的角度,利用Pro/E开发平台进行工程设计的新方法,并给出了应用实例。

基于Hypermesh的轻型货车车架动态特性有限元分析

为了获得货车车架的最佳结构方案,采用有限单元法分析了车架的动态特性。利用UG建立车架的三维装配模型,将模型导入Hypermesh,并进行结构简化、几何清理、抽取中面和划分网格,创建了车架的有限元模型。通过模态求解,获得车架的前6阶弹性模态参数,讨论了车架与路面、发动机等主要激励源的频率耦合关系,分析了车架在冲击载荷作用下的瞬态动力响应。结果表明需要加强板簧与车架连接处的局部刚度,在冲击载荷作用下,节点最大的位移响应值为0.44 mm,且车架振动衰减规律符合设计要求。

有限元方法课程教学改革与实践

有限元方法课程内容要求既有一般抽象的有限元理论和方法,又要与工程实际相结合,解决具体问题。把握教学内容的深度、广度和专业适应度是关键,将课程教学与人才培养目标、专业特色和市场需求结合起来推进教学改革和实践是提高教学效果的重要方法。

基于ADAMS的冲击压路机动力学仿真研究

利用虚拟样机技术,建立了冲击压路机的动力学模型;主要对牵引主机在作业中所受水平冲击载荷进行了仿真研究。首先在pro/E环境下建立了冲击压路机的装配模型;然后将该模型导入独立的ADAMS环境中,并建立整机的动力学仿真模型。在压实工况下,对该系统进行了动态特性仿真研究,并获得了地面和工作装置传递给牵引主机的水平冲击截荷及其变化规律。通过仿真结果与试验结果的对比,验证了模型的正确性,研究结果可为设计该类机械结构提供参考。

双菱形仿袋鼠腿悬架的PID和Fuzzy-PID控制特性研究

为改善传统车辆悬架的性能,借鉴自然进化而来的袋鼠腿部结构,提出一种双菱形仿袋鼠腿悬架。为研究该悬架的行为特性,采用Lagrange方程法推导其动力学模型;基于动力学模型分别设计其PID和Fuzzy-PID控制器;在MATLAB/simulink环境下,建立其被、主动仿真模型并开展特性仿真与分析。研究发现:①被、主动模式下,车身垂向加速度、悬架动挠度及轮胎动位移均方根,随着车速和路面等级的增加均有所增加且在允许范围内。②不同路面等级下,随着车速的增加,被、主动模式的车身垂向加速度传递率数值基本相同,均呈单调递减趋势,(如,被动模式的车身垂向加速度传递率在1.64%~0.80%之间变化),但主动模式优于被动模式,Fuzzy-PID控制优于PID控制(约下降0.5%~0.6%);③不同路面等级下,随着车速的增加,被、主动模式的轮胎动位移传递率数值均增加,但其增加率呈下降趋势。从传递率数值上看,主动模式明显优于被动模式(约减少15%~25%,高车速时下降明显),但Fuzzy-PID控制与PID控制效果基本相同;④由车身加速度、悬架动挠度和轮胎动位移传递率频响特性可知双菱形仿袋鼠腿悬架有两个峰值,第一个峰值在0.8 Hz附近,第二个峰值在15 Hz附近;主动控制下悬架的舒适性和稳定性均优于被动悬架,Fuzzy-PID较PID控制效果更佳。研究结果表明:所提悬架的结构设计合理、方案可行。该悬架具有良好的路面适应性、高速舒适性和稳定性,这些特性与袋鼠腿的运动特性相吻合,验证了该研究思路的正确性和控制方法的有效性。

激光轮廓检测技术在镁合金管大曲率热弯工艺中的应用

镁合金管材在大曲率热弯成形过程中通常出现截面畸变(扁化)的缺陷。本文采用激光视觉系统对镁合金弯管截面进行了测量分析。对于轮廓数据中的测量噪声,采用稳健局部加权回归法进行了平滑处理,并与传统平滑方法进行了对比。经过对平滑处理前后的轮廓数据进行拟合计算及精度分析,得到了镁合金管材的截面尺寸参数。实验表明采用激光视觉系统及稳健局部加权回归法能精确测量镁合金管材截面轮廓,有效去除异常数据。

混凝土泵车臂架系统优化设计及试验

混凝土泵车工作时臂架末端振动较大,严重影响操作稳定性和安全性,因此针对混凝土泵车臂架结构的优化设计研究很有必要。以某型号混凝土泵车为研究对象,联合MATLAB软件和HyperWorks软件进行整车输送管激励载荷求解和施加,通过瞬态动响应仿真分析得到臂架末端振动。在原始模型上对臂架板厚和刚度进行修改,最终确定减振效果最明显的优化方案。通过实车打水试验对优化后的臂架减振效果进行检验,验证了该技术手段的可靠性,为混凝土泵车进一步减振研究和稳定性分析提供了方法。

车辆学科竞赛对学生实践创新能力培养研究

针对高等工科教育传统实践教学无法满足学生创新实践能力培养的问题,车辆工程专业经过多年实际探索,提出一种车辆学科竞赛对学生实践创新能力培养的改革模式,旨在培养当下企业及社会所需求的能独立思考、具有良好工程实践能力的综合素质优秀的人才。将学科竞赛引入车辆专业教学,与课程教学、实验教学、工程实践、创新实践衔接融合,并由校、院、专业三级机构的学科竞赛实践教学质量监控体系提供保障,培养学生工程实践能力,全面提升学生的科研素质,在高等院校新工科教育下,对车辆专业人才培养方面具有重要的现实意义和推广价值。

纵置双涵道式飞行器悬停控制系统设计

涵道风扇较同样直径的螺旋桨能产生更大的升力,且结构紧凑、安全性高、噪音低。以此为推力装置的可垂直起降飞行器具有良好发展前景。但其系统动力学特性是属于多变量、强耦合的非线性系统,在控制系统的设计中必须进行良好的解耦设计。纵置双涵道式飞行器的飞行控制系统的控制特征进行了分析,建立基本的控制系统动力学模型,利用模型跟踪解耦自适应控制系统原理进行飞行控制系统设计,并在多域机动平台上完成了验证试验,结果证明该方法有效地减小了轴间耦合,飞行器悬停状态基本稳定。

分布式电动车辆单电机失效模糊PID规则稳定性控制

针对分布式电驱动车辆电机长时间运行可能发生的故障,提出了一种单电机失效后车辆转矩分配策略,以提高车辆在行驶过程中的稳定性。建立了分布式驱动车辆动力学模型,提出通过约束正常一侧双电机最大输出转矩,采用模糊PID与规则控制相结合的控制策略控制失效侧正常电机转矩输出,达到单轮毂电机失效后保持车辆行驶稳定性的目标。通过Car Sim与MATLAB/Simulink联合仿真平台对模糊PID规则控制、普通PID控制2种控制策略进行了仿真分析。结果表明,模糊PID规则控制相比于普通PID控制策略,车辆横摆角与横摆角速度幅值均有明显下降,能快速稳定在目标值附近,可有效提高电机失效后车辆的行驶稳定性。

基于稳健回归的激光视觉异常值识别

针对激光视觉系统在棒材轮廓测量过程中出现的异常值,提出一种基于稳健局部加权回归与3σ准则的异常值识别法。该方法利用稳健局部加权回归进行数据平滑,通过计算被测数据与平滑数据的残差值,依据3σ准则识别出轮廓异常值。利用该方法对激光视觉测量过程中出现的轮廓孤立异常值进行了判别,并与移动均值识别法进行了对比。实验讨论了不同窗宽下,该方法的异常值识别效果,以其识别多孤立异常值的能力。随后对异常值处理前、后的轮廓数据进行了拟合,并对拟合效果和拟合精度进行了对比分析,分析结果表明,异常值处理后的拟合椭圆更为准确,拟合精度大幅提高。实验证明基于稳健局部加权回归的异常值识别法能有效识别轮廓数据中的异常值,与现有异常值识别法相比,是一种高效、稳健的异常值识别算法,对提高激光轮廓测量精度,实现轮廓尺寸的准确测量具有重要意义。

单工作轮冲击压路机仿真模型

针对具有单工作轮冲击压路机的结构特点,分析了非圆横截面轮工作装置的载荷特征,建立了三维实体虚拟样机模型。模型选用典型的作业工况进行了仿真分析,探索了非圆横截面工作轮作业时与地面的接触关系,并与实车试验进行了对比。模型精度满足设计要求,可以用于预测和评估单轮式冲击压路机的性能,优选后的设计方案在实际产品应用中取得了很好的效果,为改型设计和参数确定提供理论依据和技术支持,具有实际应用价值。

基于刚柔耦合模型的混凝土泵车整机动态稳定性分析

混凝土泵车泵送过程中的整机稳定性直接影响其作业性能和施工安全,提出动态稳定性系数作为泵车作业过程中整机稳定性变化的评价指标。基于有限元软件HyperWorks和动力学分析软件ADAMS,建立了某型号混凝土泵车整机的刚柔耦合动力学模型。对臂架施加泵送激励进行整机动力学仿真,得出了泵车动态稳定性系数的变化规律。结果表明:动态稳定性系数与静态稳定性系数相比下降9.05%。该方法对分析泵车整机作业稳定性和安全性具有工程应用价值。