车辆控制技术 篇1
高速发展的经济,给人类带来了繁荣和交流的便利,但也给城市带来了大气污染和能源的紧张。车辆排放物主要有一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)和碳烟粒等,这些排放物对环境的危害主要表现在温室效应、光化学烟雾、酸雨和臭氧层破坏。因此,各国都制定了相应的车辆排放控制标准,而且各国家还会出台更严格的车辆排放控制标准,来抑制不断恶化的环境污染。
车辆空气污染,主要由车辆行驶中排放有毒有害物质及在道路上产生的扬尘所致。车辆排放污染物控制与净化途径可分为机前处理:对进入发动机的燃料和空气作有益于减少污染物生成的预处理;机内净化:以改进发动机结构参数和燃烧状况为核心,降低污染物生成的内处理;排气处理(机外净化):在排气系统中,对已生成的污染物作减少排入大气中的最终治理;非排气处理:主要是对曲轴箱、供油系统的蒸发污染物作控制排入大气中的治理。
1 机前处理
这方面的技术措施,主要有:(1)使用低污染燃料,H2、CNG、LPG、甲醇等都是低污染燃料。(2)减少汽油中的含铅量,采用无铅汽油。(3)采用能减少有害排放物的化学添加剂,如含氧添加剂可促进燃油不完全燃烧产物HC和CO的氧化,节约油耗量;燃油掺水是一项控制NOx排放的措施等。(4)液体燃料裂化为可燃气体,目前该项技术尚处于试验研究阶段,有待完善。
2 机内净化
2.1 汽油直接喷射技术
发动机采用汽油喷射系统的最大优点是使各缸的喷油量非常均匀,并且能按照发动机的使用状况和不同工况,精确地供给发动机所需的最佳混合气空燃比。它可以在较稀的混合气条件下工作,从而减少HC和CO的排放量。该技术还可以提高功率约10%,节省燃料约5%～10%,因此,它得到实用性的发展。
2.2 点火提前角控制
点火提前角对发动机的综合性能和噪声有重要影响,推迟点火提前角一直是最简单易行也最普遍应用的排放控制技术。如图1,点火提前角为上止点前35～40°(CA),Pme和ge最佳,这是以动力性、经济性为目标最常用的点火提前角。随推迟点火,排气温度te上升,促进了排气过程中HC在气缸内和排气管内的氧化;随推迟点火,最高燃烧温度呈直线下降;故HC和NOx排放明显降低。
2.3 废气再循环
废气再循环是控制NOx排放的一种主要措施。由于排气中氧含量很低,主要由惰性气体N2和CO2构成,一部分排气经EGR阀还流回进气系统,与新鲜混合气混合后,稀释了新鲜混合气中的氧浓度,导致燃烧速度降低;同时还使新鲜混合气的比热容提高。这两个原因都造成了燃烧温度的降低,从而有效地抑制NOx的生成。
2.4 可变进气系统
(1)可变进气管长度。随着车辆电控技术的发展,可变长度的进气管成为可能,它由长短不同的主进、副进气管组成。中低速运转,转换阀关闭,由较长的副进气管进气;而高速运转,转换阀开启,由主副两个进气管同时进气,这样发动机在高、中、低速都能得到高充量系数。也可设计成多级或无级可变进气管,以使进气系统在各种转速下都处于最佳管长,但结构和控制将变得复杂。(2)可变气门定时。可变气门定时可以通过改变气门相位角、气门升程、气门开启持续角等参数实现。从图2可以看出高负荷时进气门提前打开,低负荷时进气门滞后打开都可降低发动机的HC排放。
2.5 分层充气燃烧
依靠进气涡流作用或采用机械方法,使进入气缸的混合气由浓到稀逐步过渡,有组织地分成各层次。在火花塞周围形成浓混合气,而在其他区域形成稀混合气。
3 排气处理技术
3.1 空气喷射及吸入系统
新鲜空气被吸入或喷入排气门后面,促使高温废气进一步氧化,以降低废气中的CO和HC。有二次空气喷射(AI)和二次空气吸入(AS)系统。
3.2 热反应器
热反应器一般和二次空气喷射同时使用,以保证有足够的空气、温度和时间,使CO和HC在排气中继续氧化。
3.3 催化转化器
催化剂可提高化学反应速度及降低反应起始温度,而本身在反应中不消耗。催化转化器是目前各类排气后处理技术中应用最广泛的技术。
吸附还原型三效催化剂以贵金属和碱土金属(或稀土金属)为活性成分。在稀燃状态,排气处于氧化气氛,在贵金属(Pt)催化作用下,NO与O2反应生成NO2,并进一步与碱土金属生成硝酸盐(NO3-)而被吸附在碱土金属表面。同时,CO和HC被氧化生成CO2和H2O排出催化器。而在浓混合气状态,形成还原气氛,硝酸盐分解并从碱土金属表面析出NO2,与作为还原剂的CO、HC和H2反应,生成CO2、H2O和N2,同时使碱土金属得到再生。
4 非排气处理技术
4.1 曲轴箱强制通风装置
曲轴箱窜气是指在压缩过程和燃烧过程中由活塞与气缸之间的间隙窜入曲轴箱的油气混合气和已燃气体,并与曲轴箱内的润滑油蒸气混合,由通风口排入大气的污染气体。目前广泛采用闭式曲轴箱强制通风装置(PCV),控制曲轴箱窜气。
4.2 燃油蒸发控制系统
燃油蒸发是指由化油器浮子室、油箱和燃油系统管接头处蒸发并排向大气的燃油蒸气。目前最常用的是活性炭罐式油蒸气吸附装置。
5 结论
车辆空气污染和治理已经成为人民和政府共同面临的挑战。同时,防治和减少车辆污染是一个复杂的技术问题和广泛的社会问题。它需要从技术层次、道路交通、政府政策和法规等诸多方面综合考虑。相关企业应积极响应,向社会提供高效低耗、低排放的环保车型,提供高品质的燃油、燃气,提供高效耐用的尾气净化产品,有效地实现车辆尾气排放的控制与管理。
参考文献
[1]余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2001.
[2]华爱红,李广伟.汽车污染途径及控制措施[J].科技资讯,2007(4).
车辆控制技术 篇2
关键词：LED,集中供电,地铁车辆
1 概述
近年来, 随着国民经济的迅速发展, 我国汽车数量急剧增加, 道路拥堵日益严重, 各大城市都相继建设地下交通 (地铁) , 以缓解交通拥堵现象。地铁常年在地下运行对照明灯有很高的要求, 不仅要求节电、高亮度、长寿命, 还必须保证不间断照明。目前, 由直流电源供电的LED (发光二极管) 照明得到迅速发展, 自2008年香港地铁在全球最先引入LED光源作为地铁车厢内部照明, 拉开了地铁照明的LED时代序幕。它在节能、稳定、耐用性方面具有传统灯具无可比拟的优势, 并且, LED抗震性强的特点非常适合地铁运营环境。
2 地铁车辆的LED照明设计方案
地铁内照明灯具应具有防水、防尘、耐腐蚀的特点。灯具要适应地铁隧道内潮湿、有水、通风不良的环境。要求密闭性能好 (防护性能至少达到IP40) , 且散热良好。灯具清洁冲洗时不得进水。灯具结构要求简单, 安装方便, 维修和更换光源时操作方便。灯具要具有良好的防震性能, 在地铁震动的条件下, 以保证光源具有较高的使用寿命。灯具应具有一定的遮光性能, 以避免对司机视觉造成影响。采用节能型荧光灯光源时, 应急照明灯要求能做到交直流两用, 且瞬时启动, 采用LED灯具是最好的选择。因为当应急照明时, 变电所送出220V直流电源;正常照明时, 变电所送出为220V交流电源。LED灯具功率仅3W, 与60W白炽灯的光通量相当。而且LED灯具的寿命为50000小时, 而白炽灯的寿命仅为1000小时。经经济技术比较, 采用LED灯具不仅可大大节省能源, 而且可以节约运行维护费用。有着极大的优势。针对目前地铁照明系统存在的问题, LED为其提供了一种结构新颖、使用寿命长、节电效果好、可靠性高的地铁照明方案。
2.1 地铁车辆的照明种类和控制方式
地铁内照明灯具一般布置在行车方向的左右两侧上部墙壁上, 分正常工作照明和应急照明, 客室正常照明灯具采用集中供电控制方式, 每侧正常照明灯带分一路照明和二路照明间隔布置, 紧急照明单独通过车辆蓄电池供电, 紧急照明区域的配置在每一个门区 (相对的两个侧门为一个门区) 设一个紧急照明装置, 当车内正常照明失效时, 紧急照明装置应能维持车内照明。
2.2 LED电源驱动器工作原理介绍
采用半桥谐振隔离开关电源, 其工作原理 (见图1) 以主开关管的周期性导通和关断为主要特征。通过控制开关频率实现两个开关管交替导通, 利用变压器将一次侧能量传送到二次侧, 实现稳压给负载供电, 直到下一个脉冲到来, 开始新的周期。最终实现将一次侧DC110V电压转换为二次侧DC54V电压驱动LED工作。具有输入过压保护, 输出过压保护, 输出过流保护, 输出短路保护及电源模块损坏告警功能。
2.3 电源驱动器故障上报功能
电源损坏时, 内部控制继电器闭合, 应用时将所有电源的故障接口并联再串联到指示灯。当车内有至少一个电源损坏时, 指示灯点亮, 位于电源上的红色指示灯也同时点亮, 方便维护时查找, 工作原理请见图2。上述方案因采用了并联冗余 (均流技术) 集中供电方式, 系统可靠性高。电源故障上报提示功能, 使得每路电源由两个具有自动均流的功率280W的电源并联冗余工作, 电源A与电源B正常时各承担一侧照明的一半供电, 其中一个电源故障时, 另一个电源将全部承担一路照明的供电, 照明灯具不受影响, 还可以正常提供服务。LED驱动电源外壳设计有LED故障指示灯, LED驱动电源正常工作时, 亮绿色。损坏后点红亮, 方便查找故障驱动器。
3 LED灯具和传统灯具对换表 (表1)
结束语
21世纪是知识经济时代, 同时又是资源节约、生态文明可持续发展时代。运用高效节能照明光源、照明控制技术来探寻人类生存、生产和生活居住环境的舒适、节能照明已经成为社会可持续发展趋势。而地铁作为公共活动重要空间, 地铁各车站采用LED灯不仅可节省大量电费和大量的铜缆, 而且还可节省大量的维修费用, 同时也可确保照明质量。因而, 推动高效节能照明光源及控制技术应用于地铁照明利于生态文明可持续发展社会建设。
参考文献
[1]追求终极光源[J].科学杂志, 2001, 5.
[2]LED汽车前照灯[J].中国照明电器杂志, 2004, 2.
车辆控制技术 篇3
【关键词】电子控制技术；车辆工程；应用
随着汽车工业与电子工业的不断发展，电子技术在现代汽车上应用越来越广泛，汽车上原有的机械控制装置逐渐被电子控制装置所取代，使汽车的性能、技术水平不断趋于完善。纵观近几十年来汽车技术方面的重大成就.从最初的“自动驾驶仪”的构想到现在的”智能运输系统”的发展研究，几乎无例外的都是依赖现代电子技术的不断完善和进步，采用现代电子技术是解决汽车所面临的诸多技术问题的最佳方案。
一、 电子控制技术的含义
（一）什么是电子控制技术
1.开环控制系统。
开环控制就是输入信号不受输出信号影响的控制系统。也就是，不能进行数据反馈，将结果影响当前控制的系统，开环控制系统由控制器与被控对象组成。控制器通常具有功率放大的功能。
2.闭环控制系统。
闭环控制系统的原理主要是被控的输出以一定方式返回到作为控制的输入端，并对输入端施加控制影响的一种控制关系。可以将控制的结果反馈回来与希望值比较，并根据它们的误差调整控制作用的系统。提高闭环系统的稳定特性以及抗干扰能力是电路设计的关键。
（二）电子控制技术的控制过程
1.实时数据采集。
在电子控制系统中最先要获得大量的数据并进行分析，这是借助计算机具备这一特点加以利用。对被控制对象所产生的瞬间数据进行测量并采集，将这些获取的数据应用在识别的数据的传输中。
2.实时控制决策。
把获取一定批量的数据进行处理，借助安装的软件技术对获取的数据进行数字处理之后，将其使用到适合的地方。
3.实时控制。
把处理后获取的数据进行及时的反馈，将其传输到处理中心，根据系统自身的运转状况，并给出相应的指示。
二、电子控制技术在汽车工程中的应用
目前电子技术的应用几乎已经深入到汽车所有的系统。按照对汽车行驶性能作用的影响划分.可以把汽车电子产品归纳为两类：一是汽车电子控制装置，二是车载汽车电子装置
（一）汽车电子控制装置
汽车电子控制装置要和车上机械系统进行配合使用，即所谓“机电结合”的汽车电子装置。
1.电子控制燃油喷射系统（EFI）。
在电子控制燃油喷射装置系统中。空气流量计或进气压力传感器检测进气量、曲轴位置传感器检测曲轴转速和转角，并转变为电信号输入到电子控制燃油喷射装置的电控单元，电控单元根据进气量信号和转速信号计算基本喷油量，再根据冷却液温度传感器、进气温度传感器以及氧传感器信号对基本喷油量进行修正并确定实际喷油量。此外，电控单元还能根据节气门位置传感器信号在发动机的不同工况下按照不同的控制模式来控制喷油量。使发动机始终工作在最佳状态，最大限度地节约燃油，提高发动机的综合性能。
2.电子点火系统。
该系统由微机、传感器及其接口、执行机构等几部分构成。电控单元根据曲轴位置传感器采集的发动机转速信号和凸轮轴位置传感器采集的活塞上止点信号确定基本点火时刻，根据冷却液温度传感器采集的冷却液温度信号和进气温度传感器采集的进气温度信号来调整点火时刻，根据爆震传感器采集的爆震信号来修正点火时刻，从而使发动机始终处于最佳点火时刻状态，提高了其动力性和经济性。
3.电控自动变速器（ECAT）。
电控自动变速器可以根据发动机的载荷、转速车速、制动器工作状态及驾驶员所控制的各种参数，经过计算机的计算、判断后自动地改变变速杆的位置从而实现变速器换挡的最佳控制，即可得到最佳位和最佳换挡时间。
4.防抱死制动系～（ABS）。
在汽车制动过程中，该系统能自动调节车轮的制动力，保证车轮与地面达到最佳滑动率，从而使汽车在各种路面上制动时车轮与地面都能达到峰值的纵向附着系数和较大的侧向附着系数，以保证车辆制动时不发生抱死、拖滑等不安全的工况，提高汽车的操纵稳定性和安全性。
5.安全气囊系～（SRS）。
当汽车发生碰撞时，安装在汽车上的碰撞传感器会检测到汽车突然减速的信号，并将信号输入到安全气囊系统的电控单元，以判断是否发生碰撞。如果检测到汽车发生碰撞，电控单元会发出指令将气囊组件中的点火器电路接通.并引爆点火剂使之爆炸，点火剂引爆时迅速产生大量热量，使充气剂受热分解并释放出大量氮气充入气囊并鼓向驾驶员或乘员，达到保护人体的目的。
当然，汽车电子控制装置还有很多，比如空燃比反馈控制系统、怠速控制系统、故障诊断系统、电子控制动力转向控制系统、悬架系统、保安系统、中央门锁控制系统等。
（二）车载汽车电子装置
车载汽车电子装置是在汽车环境下能够独立使用的电子装置，它和汽车本身的性能并无直接关系。包括汽车信息系统（行车电脑）、导航系统、汽车音响及电视娱乐系统、车载通信系统、上网设备等。
1.汽车导航系统。
汽车导航系统是指车辆道路交通信息通讯系统。包括微机及显示屏、同步卫星定位系统、雷达等。它在微机内存储有大量的与道路相关的系统资料。用安装在道路上的雷达测定车辆间距及数量等交通信息，传输到电脑控制中心并发射到通讯卫星上，卫星把交通信号发回汽车接收器，驾驶员便可从车内显示屏上掌握交通信息。当你把行程的起点、路线及目的地输人电脑后。电脑即可为你筹划最佳路线并经提供详细资料，实现导航功能，甚至实现自动导航功能。该通讯系统在汽车发生故障时，还可作为维修服务系统和安全预警系统。
2.控制器局域网络通信系统。
控制器局域网络通信系统是分布在汽车上的多个控制器即电控单元在物理上相互连接，并协议相互进行通信，以共享硬件、软件和信息等资源为目的的控制器系统。
（三）汽车电子技术的发展趋势
车辆(机车控制)复习题 篇4
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
机动医疗车辆舱室噪声分析及控制 篇5
1.1 噪声对人体损害
凡是对人有害或者不需要的声音就被认为是噪声。噪声用噪声强度、频率和时间来描述,其对人体健康的影响包括心理效应和生理效应。噪声的心理效应主要是使人烦躁,噪声的生理效应涉及噪声对人的听觉系统、心血管系统、消化系统、神经系统和其他脏器的危害[1]。声级大于85 dB,会造成人体明显伤害,短时间暴露于高噪声下会造成暂时听力损失,长期暴露于危险噪声环境则会引起听力永久损害。因此,世界各国卫生组织都将噪声定义为污染物。全球每年因噪声致病和致残的人数不断上升,由此带来的医疗救治和因掌握熟练技术人员的流失而培训新人的经济投入非常巨大。
1.2 国内外噪声研究现状和机动医疗舱的特点
发达国家在军事和民用领域都非常重视噪声的控制和人员噪声健康防护。如美国海军对舰船噪声危害、噪声源、噪声控制方法和噪声防护都开展了深入研究,在舰艇设计上采用先进的系统设计理念,在设备采购、整体结构隔振降噪设计、降噪新材料应用、系统维护、噪声监控报警、远程控制和个人听力防护器材研究应用方面积累了丰富经验,使得装备噪声得到了很好的控制[2]。
我国也日益重视人员的噪声危害防护,并相继开展了这方面的研究。噪声是舱室微环境不容忽视的因素。表1列举我国已制定的部分噪声测试相关标准。
卫生飞机、医院船、医疗卫生技术车辆和医疗帐篷等机动医疗舱室因机动性要求安装发动机、发电机和空调等设备,舱室空间狭小,相应噪声会大大提高。为保证舱室人员处于作业状态时不受噪声污染,就要求舱室总噪声场的等效连续噪声水平应低于75 dB。因此,有必要深入研究机动医疗舱室的噪声源,采取各种噪声控制措施和个人防护手段,加强人员噪声的健康保护[3]。
2 机动医疗舱室噪声源分析
物体的振动是产生噪声的根源。根据噪声源的发声机理可将其分为机械噪声、空气动力性噪声和电磁噪声。噪声源到接收器之间传播途径有直接传播、反射传播和间接传播3种[3]。机动医疗舱室种类众多,主要噪声来源有以下几方面。
2.1 机动载体的发动机振动与舱体作用引起噪声
发动机的噪声是舱室内噪声的主要来源。发动机运转时,部件之间的摩擦力、撞击力或非平衡力使机械部件和舱体产生振动而辐射噪声。此外,车辆行驶时路面颠簸振动作用于舱体也会引起噪声[4]。
2.2 车载上装设备噪声、设备与舱体振动作用引起噪声
舱体内安装的发电机、电源、医疗设备均会辐射噪声,如风机、活塞、齿轮、阀门噪声。设备以及各种工作台固定连接在舱体地板和壁板上,由于周期性的应变力对机件的作用引起的发声振动,使车内设备振动作用于舱体而产生噪声。由于金属构件之间的撞击而引起的发声振动,如舱板、车内薄壁内饰板、配电箱、工作台、药品柜、医疗箱、抽屉等薄板结构与车厢作用都会成为再生噪声源[5]。
2.3 HVAC(加热通风空调)系统引起的噪声
空气动力性噪声是气体流动过程中的相互作用,或气流和固体介质之间的相互作用而产生的噪声。通风系统通常是重要的车厢内噪声源,因为空间限制,风道通常较小,存在尖锐的曲线和折弯,导致空气以非常高的速度通过风道引起噪声和振动[6]。
机动舱室冬季加温采用燃油加热器,产生燃烧噪声、风道噪声、风机噪声。燃烧空气进风管道、废气排放管道、夏季空调风道无论是在行进还是停驻过程中,舱室内HVAC噪声的影响都是不容忽视的。
卫生技术车辆日益强化了核生化防护能力,生物侦察车、生物检验车、战役卫勤快速支援系统需要舱室建立一定正压微环境,传染病负压救护车、移动生物安全实验室则需要建立负压微环境,其风机的机械振动、风道振动、空气流动噪声就成为噪声源,空气压缩机、汽缸也会产生噪声。风扇也是引起通风系统的噪声源,由于不正确的安装、不正确的风道隔离或尺寸不合理,噪声也会在风道出口产生,对工作环境产生噪声干扰。
野战方舱医院中集中供氧、正压气体、负压吸引、供水分配等也会产生噪声。
2.4 信息化发展使附属电器设备增多引起噪声增大
电磁噪声是由电磁场交替变化而引起某些机械部件或空间容积振动而产生的。在处于停驻状态时,发电机的使用使舱内噪声增大,开关电源、逆变器和UPS二次电源会产生辐射噪声。此外,还有舱室内白炽灯的镇流器、高压开关的启动和关闭过程、医疗设备等引起的噪声[7]。
3 噪声抑制控制
过去车辆设计与制造中对噪声控制重视不足。通常只重视功能设计,系统噪声控制理念没有从一开始就完整的贯穿到装备研制中。往往在待定型试验时才开展噪声测试,若噪声测试不合格则较难改进提高。
为此,设计前进行全系统的噪声分析、预测,建立噪声模型,开展噪声优化设计,对现有每种噪声处理方法进行评估,采用系统工程设计方法,将噪声设计嵌入到系统的功能设计中去非常必要。要在总体方案设计、设备选型、工程结构设计、全寿命维护、维修等各个方面,应用新技术、新材料使噪声低于安全值[8]。
3.1 舱室设备集成中使用静音设备
噪声控制的根本途径在于控制噪声源。虽然静音设备价格较高,但设备安装时对噪声控制安装方面需求较小,避免了后续的噪声隔离,节省经费,减少了隔离材料,从而减小了车辆质量,降低了全寿命成本,是在早期降低噪声源的最好方法。购买静音设备要求掌握噪声辐射数据,尽可能选择最静音且价格适中的设备[8]。
3.2 结构设计中隔离噪声源
当从源头降低系统噪声困难或降噪费用太高时,可增加隔离措施吸收及衰减噪声能量。在2个结构之间增加柔性环节,使第一机构向第二机构的传递力或位移得以降低。隔声材料有实心板、带空气层的双层隔声板以及多孔吸声材料。采用高阻尼材料、黏接约束阻尼层,增加振动系统阻尼,如金属弹簧,橡胶、软木、毛毡、合成材料[9]等。
发电机噪声抑制可采用消声箱、隔声板组成的隔声、吸声系统实现。隔声板可采用1.2 mm进口铝板、8 mm厚硬质聚氨酯泡沫板、隔热吸音材料、开孔率为40%的厚多孔板,构成隔声、吸声复合体。为防止噪声从门缝连接处泄漏,在门缝处采用海绵密封条密封,并在外蒙皮内侧刷一层防振胶,以防止蒙皮与骨架发生共振而产生噪声[9]。
安装时,除了在发电机与机组底盘的连接处安装减振器外,还应在机组底盘与舱体底板之间安装减振橡胶板,以达到双重减振效果,可大大降低机械振动噪声。
金属薄板本身阻力很小,而声辐射效率很高。因此,可采用在金属薄板构件上喷涂或粘贴一层高内阻的粘弹性材料、软橡胶或高分子材料,当金属板振动时,由于阻尼作用,一部分振动能量转换为热能,使噪声降低。
3.3 HVAC噪声控制
舱体内进风、排风噪声抑制采取以下措施:(1)通过粘贴在进、排风道上的新型隔热吸音材料对噪声进行吸声处理,在进、排风道的弯角及内衬钢板发生透射、反射和折射,消耗噪声能量,有效地降低噪声的反射、叠加,达到降低噪声目的;(2)优化设计方舱体内风路的流向,排除舱体内涡流区;(3)优化设计导风板、弯板、分流板的结构参数、位置及间距,使其即能满足降低噪声的要求,又能使风速、风量、风路阻力达到最优;(4)通过计算分析,确定最佳进、排风道结构形式及最佳风速、风量。通过上述措施,最大限度地降低了进、排风噪声[10]。发动机、加热器、发电机燃烧废气的噪声抑制是通过排气消声器来实现的。风道配置包括增大柔性管道直径,缓慢转弯,利用旋转纹路使生硬弯曲处特别靠近风机附近。
3.4 新技术应用
3.4.1 使用新的设计技术和工具
系统设计采用有限元分析技术、最优化设计技术、先进计算机辅助设计软件开展噪声分析、预测与控制研究。
3.4.2 工程设计技术控制噪声
将电子技术应用到噪声控制,如通过使用PWM风机调速取代齿轮箱,减少齿轮等机械结构来降低噪声。生物安全舱室负压控制使用变频器取代阀门开度调节,减少阀门噪声。使用固体继电器、电子开关等减少机械开关的开关噪声[11]。
3.4.3 新材料的应用
薄板金属材料有阻尼材料夹心的三明治层,通过阻尼结构转移谐振能量来控制噪声的传播。粘弹性薄板可以用于外表面或放在设备、结构的外表面内层。声音防护高聚物涂覆材料已应用于海军舰载战斗机,可使噪声降低15 dB[12]。
3.5 维修和维护中的噪声控制
机动舱室设备容易松动,气路和液路发生泄露和阻塞都会产生和增大舱室噪声,需要定期维护与维修。如对轴承添加润滑油,及时清理风道,固定松脱设备,对老化和损坏的减振材料和降噪部件的更换等。(1)维修后保持隔热和降噪防护物体的完整;(2)确保隔振器、隔振材料和机械安装阻尼部件用相应的零件更换,不能仅靠螺栓和焊接工艺将单元固定到舱壁,或通风管路无相应的噪声隔离;(3)控制蒸汽、风动、液动系统压力,使泄露降到最小,使用要求为最低压力(过高压力会浪费能源,产生额外噪声);(4)更换、维修管道和设备应保证隔振物的完整,选择风道出口,合理安装以减少振动传播和产生湍流。确保电气管路和电缆安装借助柔性连接,以减少噪声传播。风道出口带锋利边沿或风道快速过度变径与转弯都会引起噪声增加,因此更换水管、风管和其他流体管路要使用合适尺寸,并减少急转弯和突然变径。一般情况下,使用最大尺寸的柔性管道可以减小压力、流速及相应的湍流、压降和噪声。
4 个人防护与噪声教育、管理
4.1 增进提高听力保护
当不能从源头降低噪声,或人员不能从噪声环境隔离时,为了保护听力,必须使用合适的个人防护。防护设备有耳塞、头盔、耳机等。当前,市面上的个人防护主动降噪头盔可为发动机舱人员提供低频衰减20 dB,除了提供被动听力防护,还提高了高噪声环境下的通话交流性能,将主动和被动噪声控制方法集成应用,以覆盖整个听觉频段来衰减噪声。
正确佩戴听力防护器材,加强维护和培训。在硬件上,要提高听力保护,加强人员训练和强化法规。海军舰艇人员测试表明正确佩戴听力防护器材、加强维护和培训非常重要。错误的佩戴会损失10 dB的衰减。个人防护器材应量身定做,个人专用且经过正确的佩戴训练,同时还应提供维修配件和工具,并对人员进行噪声危害教育。
4.2 限制人员暴露
在某些工程中,硬件解决技术方案或许不能很有效地降低噪声,或投资巨大。所以,只能把人员从危害环境中转移出来,或借助自动化技术及人员轮班以减少暴露时间。研究表明,在已明确噪声源的情况下,一定时间的工作倒班对听力保护是最有效的。
4.3 安装警示标志
在标识内嵌入逻辑芯片感应环境噪声。当环境噪声超过预设的上限时,点亮醒目的标识,用于警示工作人员注意个人防护。当绿灯指示噪声低于84 dB,黄灯指示噪声在84～104 d B时,要求工作人员务必采取单一防护措施,如佩戴耳塞或头盔;当噪声超过104 dB时,红灯亮,就要求采取双防护措施[13]。
4.4 高噪声区域安装远程监测设备
在高噪声区域利用传感器遥控监测机械和设备。正确的设计和安置此类远端监测设备可以使工作人员避免进入高噪声场所,减少高噪声环境过长时间手工监控所带来的听力伤害。
5 机动医疗舱室噪声控制效果
注:机动舱室噪声指标要求:舱外80 d B,舱室<75 dB
试验证明,在方舱医院各舱室采取噪声控制后,噪声指标达到标准要求。见表2。
5 结论
职业听力损害对人类健康和经济发展都有着显而易见的影响。听力损害会导致生活质量下降,隔绝社会交流;经济影响包括损失时间和创造性降低,失去有素质的员工,增加人员经费补偿、医疗救治费用(助听器和听力测试)、人员再培训等。噪声还会影响战斗性能,高噪声装备作为信号很容易被跟踪打击。
总之,在多种车辆舱体内,采用主动噪声控制和被动噪声控制降低噪声,可以从源头上降低机动医疗舱室噪声,隔离操作人员与噪声源。通过个人防护器材的应用,降低了噪声的损害;通过提高个人防护器材的性能和规范使用以及轮转倒班,可以促进听力的恢复。
摘要：以系统工程设计的思想,从设备选型、结构设计、降噪材料选用和降噪维护等环节上,采取主动、被动噪声控制方法降低舱室噪声,并用遥控等技术减少工作人员噪声暴露。建议高噪声暴露人员佩戴个人听力防护设备,指出过强的噪声降低医护人员的工作效率,损害医护人员和伤员听力,需要深入开展舱室噪声控制研究。
地铁车辆维修成本因素及控制研究 篇6
一、地铁车辆维修成本控制存在的主要问题分析
对地铁车辆的维修管理成本控制主要在两方面存在一些问题, 导致维修成本的消耗过高:一方面是车辆维修物资的定额管理问题, 另一方面是车辆维修备品备件的管理问题。这两方面问题是影响车辆维修成本的控制的主要阻碍。
1、车辆维修物资定额管理问题
所谓的定额管理是指对车辆维修成本的计划性管理, 基于车辆运用实际情况, 制定维修计划, 同时对维修成本进行科学核算, 达到对成本控制的目的。实行定额管理成本控制方式对提升维修物资的利用效率, 推动人员合理配置以及调动员工积极性等方面都具有十分积极的作用。在地铁车辆维修过程中, 对维修物资实行定额管理的方法能有效降低维修成本, 提升维修设备以及物资的使用效率。但在实际管理过程中对维修材料的定额管理存在以下问题, 影响到定额管理开展的实际效果。对所需的维修物资的数据难以确定, 由于在地铁车辆维修中维修工作开展环节较为复杂, 维修物资的数据确定难度较大, 受车辆运行年限、使用状态、维修工艺的不同, 维修物资消耗数据变化较大。
2、车辆维修备品备件管理问题
地铁维修所需关键系统如牵引制动系统备品备件, 由于国内地铁行业发展起步较晚, 因此在一些核心技术上不够成熟, 地铁车辆操控所需的备件与技术借鉴国外成果, 因此在维修方面需要对维修材料中的进口部件申请单一来源购买, 由于购买渠道较为单一, 因此存在采购价格过高的现象。
二、地铁车辆维修成本控制的主要措施
1、以维修实际需求为基础, 控制维修物资成本。
对于地铁车辆的维修来说, 维修物资无疑是占据维修成本的主要组成部分。对物资的申购与采购必须建立在对车辆维修对物资的实际需要的预测基础上进行定额管理, 对车辆进行全面检查, 对维修所需物资的型号以及规格进行详细的记录, 明确维修物资的技术参数, 从而有序开展申购与采购工作。此外, 为了防止维修过程出现物资短缺的现象出现, 在制定物资定额管理计划时, 根据物资使用经验及采购周期制定物资安全库存量, 适当增加对常用维修物资库存, 以备不时之需。
2、以成本控制为理念, 开展节能降耗工作。
地铁是大运量的城市轨道交通运输系统, 也是耗电量的大户。地铁运营过程中消耗能源的主要形式是电能, 因此应本着淘汰高耗能用电设备, 更换为先进高效的设备, 以“保质量、提效率、降成本”为目标, 开展车辆系统节能降耗工作。如开展车辆客室LED照明改造、车辆客室变频空调改造等项目, 通过经济测算确定节能与改造投入的经济平衡点, 确定改造经济可行性。
3、以企业资产管理为手段, 提升运营管理的经济效益。
企业资产管理方式是企业为了提升管理效益而对生产管理过程中的一系列因素进行综合整合。这种管理方式的优势在于管理涉及到的生产因素较为精细, 管理过程涉及的内容较为全面。在地铁车辆的维修过程中引进EAM的管理方式, 将维修过程成本涉及的各方面因素集成为一个整体, 通过分析找出维修过程中对成本消耗最大的因素, 着重对高成本消耗的维修因素进行集中化管理, 同时对于成本参与过程中无关紧要的因素加以排除, 实现维修成本管理最优化。
4、以车辆国产化改造为措施, 降低车辆制造与维修成本。
提升科技创新, 加强对地铁车辆修建的国产化改造, 从根本上解决设备材料采购难, 但价格昂贵的问题, 降低生产维修总成本。维修过程中高昂的材料与设备费用是导致地铁车辆维修成本控制困难的主要障碍, 其中重要原因在于地铁车辆制造过程中使用的材料为进口材料, 缺乏自身的自主创新技术, 从而导致后期维修材料进口费用高昂, 因此加快推进技术革新进度, 积极引进国内研发的科技成果, 开拓更大的部件国产化范围, 在提升国内相关产业竞争力的同时, 降低地铁车辆制造与维修成本。
三、结语
地铁车辆维修成本控制问题在当前相关行业受到高度的重视, 地铁车辆的维修关系到地铁运行的效率与安全性, 但由于维修所需材料、设备等的成本管理上存在一定的障碍, 地铁维修整体成本过高, 影响到了企业的经验效益。基于维修成本管理的现状, 为了提升维修成本的管理水平, 主要从对维修材料与设备的成本控制入手, 更新成本管理总体模式, 对车辆维修的成本进行精细化管理, 提升成本控制的整体水平, 此外在地铁车辆制造与维修过程中, 技术管理部门加强车辆核心技术创新, 提高车辆部件国产化率, 从根本上降低地铁车辆的维修成本。
摘要：本文对影响地铁车辆维修成本的主要因素进行分析的基础上, 结合当前地铁车辆维修成本控制的主要现状, 对提高地铁车辆维修成本控制的整体水平提出相关措施。
关键词：地铁车辆,维修成本,主要因素,成本控制
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车辆直接横摆力矩的预测控制研究 篇7
汽车在转弯时,由于低路面附着系数及较高车速等不利因素的影响,使得车辆的横摆稳定性很难得到控制。过大的车身横摆力矩会造成汽车迅速侧滑,从而引起驾驶员的恐慌,这些都是造成严重交通事故的主要原因。ESP控制器可以通过输出附加横摆力矩来抵消或减弱车辆高速过弯时产生的过大力矩,增强车身的横向稳定性。随着控制理论的发展,将先进的控制技术运用于ESP控制系统已经成为车辆控制发展的趋势[1,2]。预测控制具有实现简单,对车辆模型要求低以及自适应性和快速性强的特点,而这些正好可以用来解决车辆过弯横摆力矩的控制问题。
本文将预测控制技术应用于ESP直接横摆力矩控制系统中,以车辆横摆速度和质心侧偏角为内模状态变量,以直接横摆力矩为输出。通过制动系统直接将输出力矩平均分配到每一车轮上,从而调整车的横摆状态,使车辆在高速过弯时能够保持车身的稳定,减少甩尾等侧滑事故的发生。
1汽车动力学模型
1.1七自由度汽车模型
车辆的稳定性是由其横摆运动和侧向运动决定,因此所建的车辆模型,需要能描述车辆的纵向运动、侧向运动和横摆运动。本文建立七自由度整车模型(车身横向、纵向、横摆、4个车轮的旋转),并建立假设[3]下的车辆动力学模型如图1所示。
纵向动力学方程:
横向动力学方程:
横摆运动方程:
各车轮转动方程:
式(1)-式(4)中:M为汽车质量;vx为车辆纵向速度;vy为车辆横向速度;γ为车辆横摆速度;I为车辆转动惯量;θ为前轮转向角;a、b分别为质心到前、后轴的距离; c、d分别为前、后轮的轮距;Fxfl、 Fxfr、 Fxrl、 Fxrr分别为左前、右前、左后、右后车轮纵向力; Fyfl、 Fyfr、 Fyrl、 Fyrr分别为4个车轮的侧向力; wfl、 wfr、 wrl、 wrr分别为车轮的角速度;Iw为车轮的转动惯量;R为车轮的半径;Tr为控制器输出的直接横摆力矩。
1.2轮胎模型
采用“魔术公式”来描述轮胎纵向力、侧向力和滑移率、车轮侧偏角的关系[5]:
将各回归系数[6]代入式(5)并结合垂直载荷和轮胎侧偏角[3]计算公式可得出给车轮的纵向力和侧向力Fx0、Fy0。然后在制动/驱动和转向联合工况下采用滑移率λ和轮胎侧偏角[3]α修正:
2控制算法设计
以车辆质心侧偏角为控制变量,将2自由度汽车模型设为预测控制内部模型,以附加直接横摆力矩为预测控制器输出,并将力矩平均分配到每个车轮上。系统结构框如图2所示。
2.1控制系统参考轨迹
2自由度线性单轨模型可以反映驾驶员转向输入与车辆横摆角速度λ、质心侧偏角β之间的线性关系,可以将其稳态转向特性作为汽车稳定性的理想状态。2自由度线性模型为:
由式(6)可进一步化得式(7):
式(6)-式(7)中:k1、k2分别为汽车前、后轮的侧偏刚度;Fyf、Fyr分别为汽车的前后轮侧向力。当汽车进入稳态时,γ为定值,此时
其中,
2.2控制系统预测模型及最优控制力矩
根据式(6),将车辆直接横摆力矩Tr加入2自由度汽车模型可得:
取状态变量x=[β,γ],u=[Tr]并由式(7)可得控制系统连续空间预测模型为式(9):
式(9)中前轮输入θ与控制输入u相比对系统造成的影响要小的多,因此可以看成是小干扰量。去掉θ输入项并将式(9)离散化可得线性时不变系统:
其中,x(k)=[β(k),γ(k)],u(k)=[Tr(k)]。由式(9)可以推出以p为预测步长的系统输出为:
ypu(k)=yp0(k)+HΔum(k) (10)
式(10)中,yp0(k)预测前一步的输入通过预测模型产生的输出;Δum(k)为每一步预测控制输出对前一步的增量,共有m步预测控制输出。
考虑性能指标:
式中wp=[w(k+1),w(k+2),…,w(k+p)]T为预测控制系统的参考轨迹,也就是2自由度名义参考轨迹;Q=diag(q1,q2,…,qp)为预测输出的权系数;R=diag(r1,r2,…,ru)为预测控制的权系数。
将式(10)代入式(11),可得:
在k时刻,wp(k)、yp0(k) 均为已知,使J(k)对Δuu(k)取极小值,可通过极值必要条件dJ(k)/dΔuu(k)=0求出:
而um(k)=um(k-1)+Δum(k)为直接作用于车轮的直接横摆力矩。
3示例分析
根据所建立的汽车模型和控制算法,用Matlab/Simulink进行仿真调整。选取车辆参数为:汽车质量M=2000kg,车辆绕垂直轴转动惯量I=4000kg·m2,车辆质心到前后轴的距离分别为a=1.57m,b=2m,前后轮胎侧偏刚度分别为k1=k2=40000N/rad,前后轮间距为c=d=1.7m,车轮转动惯量为Iw=1.1kg·m2,车轮半径为R=0.318m,车辆质心高度为h=0.55m。在Simulink中建立仿真系统如图3所示。图3中,Angle为前轮转向角θ,W为横摆速度γ,B为质心侧偏角β。
本文的仿真工况为:车速为72km/h, 输入为前轮转向角为5°的一阶响应(如图4所示),图5为控制器输出附加横摆力矩。
图6-图7为仿真结果。
将控制器输出直接横摆力矩平均分配到每一个车轮上,很好地起到了控制车辆过弯时运行状态的作用。
从图6中可以看出由预测控制器的ESP系统能是车辆在高速过弯时的横摆速度更接近名义值,避免了过度转向的发生,从而减少了行车危险。
从图7中可以看出施加了预测控制的ESP系统能使车辆在短时间质心侧偏角调整到近乎于0,使车辆在高速过弯时的敏感性降低,减少了发生侧翻的危险。
4结语
本文所设计的预测控制器在Matlab/Simulink仿真环境中对车辆高速过弯工况下的运行状态进行分析调整。实验结果表明,以直接横摆力矩为输出变量的控制系统在车辆高速过弯时能有效提升汽车的稳定性。以此验证了所建模型的适用性、控制结构的合理性和控制算法的有效性。
摘要：针对车辆高速过弯时发生的侧滑问题,将预测控制运用于汽车ESP控制系统中,以2自由度车辆模型为预测内部模型,以车辆直接横摆力矩为输出作用于车轮来控制整车的行驶状态。结合Matlab/Simulink建立的七自由度整车模型以及轮胎模型对所设计的ESP控制器进行分析调整。实验结果表明,预测控制器能很好地控制汽车的横摆角速度和限制质心侧偏角,提高了汽车的稳定性和安全性。
关键词：汽车建模,预测控制,横摆力矩
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车辆控制技术 篇8
关键词：铁路车辆；调车作业；风险研判；卡控措施
中图分类号： U292.25 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）21-20-2
0 引言
铁路货车车辆系统大多车辆段调车作业受线路条件、设备设施、调车环境影响，调车作业安全风险隐患突出。调车作业效率直接影响铁路货车车辆段车辆检修生产效率，针对此种情况，对调车作业各种因素带来的安全风险进行研判，查找调车作业管理薄弱项点，制定可行的卡控措施，为铁路货车车辆系统、车辆段调车作业提供了参考方案建议。
1 货车车辆段调车安全风险研判
1.1 作业线路安全风险
①调车作业线路短。铁路货车车辆系统车辆段段内轨道线路普遍较短，容车数量不足，线路短、容车数量不足直接导致了调车作业钩数多、作业量大的问题，作业量大必然带来安全风险隐患倍增。②调车线路坡度大。货车车辆段内线路条件差，部分轨道线路坡度大，对停留车防溜要求高，货车车辆防溜采取不当必定造成车辆溜逸，尤其以大风、雨雪天气更为突出，对检修作业人员人身安全形成巨大威胁。③轨道线路结构老化。货车车辆段内轨道线路大多自建段起修设，定期地检修与维护保养不到位，轨道线路“病患”多，部分货车车辆段内线路仍然使用木枕木，枕木腐朽、断裂，钢轨道钉松动脱落，道岔轨尖磨损等严重的线路问题不能及时解决，调车作业通过线路隐患处时，可能导致车辆脱轨，在调车作业中存在严重安全隐患。
1.2 设备设施安全风险
①手动道岔较多。货车车辆段内多采用手动道岔，调车作业过程中，每一钩作业均需要至少扳动开通一次道岔，遇有线路短，交叉多的情况，单钩作业需要开通道岔多，错开道岔导致机车车辆错进及挤道岔的安全风险隐患突出。②无作业信号机。货车车辆段内无专用调车作业信号机，作业时，线路的开通均由调车员及司机确认，长时间的作业，人员作业精力下降，尤其夜间对道岔信号的开通确认不到位，调车安全风险巨大。③调车机非专业。货车车辆段调车作业采用的调车机大多为轨道车（马力车），并非铁路车务系统采用的专用调车机，马力机车自重轻，加之段内调车作业不连接制动风管及段内线路坡度大，在调车作业过程中，仅靠马力车制动力进行制动，制动距离长，安全隐患大。
1.3人身安全风险隐患
①调车员教育培训不足。货车车辆系统车辆段调车员多数并非调车作业专业作业人员，而是从其他岗位转岗作业人员，在转岗后教育培训不足，对调车作业专业知识匮乏，对调车作业其中的安全风险点不清，人员素质不达标。②调车作业速度控制。各货车车辆段对调车作业牵引、推进的速度要求掌握不统一，为追求调车作业效率，刻意提高调车作业速度，尤其在库内调车作业速度过快对库内作业人员人身安全形成极大威胁，在尽头线上调车时，调车作业速度过快易造成冲出土挡。③登高作业安全风险。受线路短及线路容车数量少影响，货车车辆段每日调车作业量大，以太原铁路局货车车辆段为例，日平均调车作业85钩，作业人员车辆防溜登高紧固人力制动机频繁，人身安全隐患突出。④钩挡作业安全风险。调车作业量大，调车员进入钩挡使用铁鞋、调整钩位及紧固人力制动机作业时，若调车作业指挥不当，车辆移动，可能造成严重的人身伤害问题。⑤调车机进库安全风险。调车机进车辆检修库取送车辆，库内作业人员多，轨道线路间距窄，天车、叉车、手推车同时作业，安全风险隐患突出。
2 货车车辆段调车安全风险控制措施
通过对调车作业人身安全卡控、作业标准落实、车辆防溜风险进行了深入研判，并结合铁路总公司调车作业、车辆防溜事故针对性地进行排查，对货车车辆段调车作业采取的安全风险控制措施有：
2.1 管理控制措施
①完善规章制度办法。根据铁路总公司调车作业相关规章制度办法，完善站段调车作业相关规章制度办法及卡控措施，结合站段调车作业实际，细化安全风险卡控点。②合理安排调车人员。根据调车作业人员身体状况、年龄结构，合理安排人员分工，对年龄大、身体状况差的人员安排至不扒乘车辆的调车岗位，卡控人身安全风险。③强化作业过程控制。各级调车作业管理骨干加强对调车作业的过程控制，加强对关键时间段调车作业的卡控与指导，规范作业程序，强化调车作业管理。
2.2 作业控制措施
①控制调车作业速度。结合总公司、各路局规章制度办法，提出站段调车作业速度要求，针对线路坡度、线路长度等因素，合理控制调车作业速度。②落实道岔开通确认。严格要求调车员（扳道员）在开通道岔时执行“一看、二扳、三确认、四显示（汇报）”程序和标准用语，确保调车作业道岔开通信号的正确性。③严格执行要道还道。非集中区调车作业要严格执行“要道还道”制度，要道要由近而远、还道要由远而近，要道还道人员必须在确认道岔后方可还道，确保调车作业进路开通正确。④鉤挡作业语音互控。调车员钩挡作业时，要严格互控，调车作业使用平调设备的，要使用平调加锁、语音互控，未使用平调设备的，在钩挡作业时，要与调车司机保持语音互控，卡控钩挡作业人身安全。⑤控制调车连挂速度。在调车作业连挂车辆时，要严格控制速度，推进车辆时正确显示推进车距，便于司机掌控调车作业速度，防止连挂时“射箭”问题发生。⑥严格调车鸣笛回示。调车作业司机要严格落实指令信号鸣笛回示，对调车长发出信号后要及时回复，在调车指令不清等情况下，要果断采取停车措施，卡控调车作业安全风险。⑦严格车辆防溜交接制度。在调车作业过程中，调车员进入钩挡采取防溜措施、撤除防溜措施时，严格使用平调设备语音互控汇报车辆防溜情况，防止忘撤除铁鞋造成的调车安全隐患问题；并且在班组交接班时对现场车辆防溜情况进行交接，正确交接现场铁鞋使用情况，规范车辆防溜铁鞋的管理。
2.3 设备控制措施
①使用调车联控设备。调车作业采用平面无线调车灯显设备，一是卡控了调车作业人员进入钩挡作业的人身安全风险隐患，在调车员进入钩挡前加锁，调车机则不能启动，卡控了调车员人身安全风险；二是调车作业过程中，调车员可以利用平调设备控制机车进行紧急停车，卡控了调车作业过程中特殊情况下的安全风险。②使用激光射线防护带。在检修库内调车时，在股道两侧尽头安装了激光射线，调车作业进入时，开启激光射线并伴随有语音安全提示，采用激光射线防护调车作业，要求调车作业过程中，非调车人员禁止穿越射线，卡控了非调车人员的人身安全。③使用声光警报器。在道口、车辆检修库前进行调车作业时，推进作业尾部第一辆车前方安装声光警报器，提醒、警示前方人员，卡控了道口调车作业的人身安全风险。
3 相关建议
3.1 增加设备设施投入
调车作业企业应加强对调车作业设备设施的投入，尤其突出对线路养护，调车作业信号、道岔，安全防护装置设施的投入，提高安全风险控制能力，卡控调车作业人身安全、作业安全风险。
3.2 加强作业人员培训
因铁路货车车辆系统站段调车作业人员专业性不强，要加强对调车人员的业务知识培训，提高作业人员技术业务水平及安全风险防控能力，并加强调车员人身安全警示教育，提高调车员人身安全自保意识。
3.3 调车员队伍年轻化
因调车员扒乘车辆、钩挡作业、登高作业等因素，调车作业安全风险大，合理安排调车人员，尽量安排年轻人员从事调车作业岗位，控制调车作业人身安全风险。
3.4 研判调车安全风险点
针对线路条件、作业模式、人员结构进行安全风险动态研判，对存在的安全风险进行超前预警，严格要求调车员落实作业标准，规范调车作业管理，提高调车作业安全风险防控水平。
3.5 加强调车专业指导
针对调车员技术业务素质水平不高的问题，要采取交叉学习的方式提高调车作业管控水平，委派业务骨干学习铁路车务系统调车作业先进管理经验，提高管理人员调车作业业技术務素质及管理水平，有效指导现场调车作业。
参 考 文 献
[1]中国铁路总公司编.铁路技术管理规程普速铁路部分[M].北京：中国铁道出版社，2014.7.
窄轨重载铁路车辆滚摆振动的控制 篇9
本文中“滚摆”是指当车辆倾摆中心位于其重心以下时车体横移和侧滚运动的耦合,通常也被称为下心侧滚或下心滚摆。当线路输入激励的波长与特定运行速度下车辆滚摆模态的固有频率接近时,将引起车体滚摆(或侧滚)共振。
2 概述
为提高运煤货车的装载能力,需要在线路允许的范围内尽可能地增大车辆的长度和宽度。因此,车辆重心必然提高,当线路状态不理想时,会比常规车辆更易发生滚摆运动。同时,车辆滚摆越剧烈,为避免车辆与线路限界干涉,车辆宽度缩减量也就越大。另外,电力机车的滚摆不但会引起电力机车与限界的干涉,剧烈的滚摆运动还会引起受电弓脱离电线,损坏接触网及其他线路设施。剧烈的滚摆运动还可能引发脱轨事故。
窄轨铁路上,因结构的特殊性,机车车辆滚摆表现得更为明显。首先,悬挂弹簧因横向跨距较小,一定垂向刚度的弹簧产生的车辆抗侧滚刚度比准轨车辆将降低20%左右。若增大悬挂弹簧垂向刚度以补偿抗侧滚刚度的降低,车辆垂向动力学性能将恶化,车辆在扭曲线路上运行时,车轮减载将增大。窄轨线路的轨道扭转限度与准轨线路相似[1],弹簧的垂向刚度都不能太大,刚性构架转向架的一系悬挂尤其如此。尽管客车悬挂系统常设置抗侧滚扭杆以增大二系悬挂的抗侧滚刚度,但重载运输铁路机车、货车安装抗侧滚扭杆都是不现实的。
同理,因垂向液压减振器或摩擦斜楔横向跨距较小,窄轨车辆抗侧滚阻尼比准轨车辆亦降低20%左右。抗侧滚阻尼的降低将削弱减振器抑制车辆滚摆的作用。
另一方面,车辆以一定的未平衡离心加速度通过曲线时,窄轨线路上的车辆其内外轨垂向载荷的变化比准轨车辆大。以一辆重心距轨面高2 m、未平衡离心加速度为0.5 m/s2(对应轨距1 435 mm,欠超高77 mm;轨距1 067 mm,欠超高58 mm)的运煤敞车通过曲线为例,在轨距1 435 mm的曲线上,内轨侧车轮的轮重减载约14%,在轨距 1 067 mm的曲线上轮重减载约为18%。若按悬挂系统的动挠度来计算,内轨侧车轮的轮重减载则分别为17%(轨距1 435 mm)和23%(轨距1 067 mm)。
与此同时,窄轨铁路上车辆重心的横向偏移对轮重减载的影响更大。在轨距1 435 mm和轨距1 067 mm条件下,因车辆重心相对车辆中心线横移150 mm时造成的车轮静态轮重减载分别为18%和24%。
综上所述,在轨距1 067 mm线路和米轨线路上,抑制车辆的滚摆运动是很有必要的。
3 车辆性能
3.1 VSH货车脱轨事故
1998年2月10日,一列运煤重车在麦凯附近的康纳山区铁路下坡时脱轨。调查显示,列车脱轨发生在300 m半径的曲线上,该段线路由于刚经过一阵暴雨,形成了许多水坑,其中一辆车的导向轮对爬上外轨引发了脱轨事故。由于现场保存良好,调查组决定用同型车辆以不同速度通过这一区段,以考察是否因水坑或其他因素导致了车辆脱轨。6辆同型重车分别以15 km/h、20 km/h和25 km/h的速度通过脱轨地点。目测和实际测试悬挂弹簧的动挠度均表明,车辆滚摆随行车速度的增大而加剧。认为车辆以高于25 km/h的速度运行是不安全的。由悬挂弹簧的动挠度变化规律进行外推可知,若车辆以32 km/h的速度通过脱轨地点时,弹簧将减载近60%,足以导致轮缘爬上钢轨引发脱轨[2]。通过测试线路上的变形量可知,线路上存在波长约10 m的横向水平不平顺。该波长在车辆运行速度为32 km/h时,激起车辆滚摆的频率约为0.9 Hz,接近于车辆滚摆的固有频率,将引起共振。据此推断,车辆在此运行速度下引起的强烈滚摆是导致脱轨发生的重要原因。此外,在该段下坡线路上运行时,为防止车轮因制动发生过热,将车辆运行速度限定为40 km/h。
3.2 新一代运煤货车
脱轨的VSH型货车为第一代载重80 t、总重104 t的重载货车。这些货车侧梁以下的车体宽度大于普通的昆士兰铁路(QR)货车,这使得与总重90 t级的货车相比,VSH型货车在增载的同时,其重心高度增加较小。但由于车体加宽,车辆只能在特定区段运行。新一代VSA型货车减小侧梁以下车体宽度并增大车体高度,以达到与VSH型货车同样的载重。与此同时,VSA型货车还对车体和转向架采取了轻量化设计。这使VSA型货车重心高度比VSH型货车增加较多。
3.3 车辆滚摆共振的测试
为防止发生VSH型货车类似的脱轨事故,应严格防范VSA型货车发生滚摆共振。VSH型货车和VSA型货车均装用常摩擦减振器和常接触旁承形式的铸钢三大件转向架。按用户需求,部分转向架装用变摩擦的干摩擦减振器,以使满载车辆在长9.1 m的钢轨错排线路上,即使低接头下陷达19 mm,也能以80 km/h的速度运行(西昆士兰铁路允许最大轴重为16 t的低通过量线路仍铺用30 kg/m钢轨)。标准规定在这样的线路上,车轮减载超过90%的持续时间不得超过50 ms。
为了在允许最大轴重26 t的无缝线路上进行车辆滚摆性能的测试,左右轨用捣固机械生成等间距错位排列、高度为20 mm左右的驼峰状垂向不平顺。在车辆定距长度范围内,左轨设置3个驼峰状不平顺,右轨设置2个驼峰状不平顺,但与左轨不平顺错开(图1)。长2.4 km的环形试验线允许短编组试验列车能够加速到测试所需速度,并留有足够的制动距离,可以完成除最高运行速度外的所有车辆滚摆性能的测试而不必占用正线。这样,在进行车辆滚摆性能测试时,无需驼峰解编作业,还可以防止其他列车通过不平顺设置区段改变不平顺的几何形状。试验中用捣固机械一直保持轨道的状态,试验结束后将轨道几何形位恢复至原状。
一辆被试车辆的摩擦减振器弹簧被较软的弹簧代替,用以模拟斜楔磨耗到限后,斜楔相对摇枕位置上升时的受力工况。试验中用经过矿区到港口的2个往返路程已充分磨合的一辆新车和一辆用上述方法模拟处于磨耗状态的旧车,分别以10 km/h～75 km/h的速度通过设有图1所示垂向不平顺的试验线路。
试验中因QR铁路当时没有测力轮对,车辆的动态响应利用其他传感器进行测试,包括对角布置于摇枕弹簧处用于测量摇枕弹簧位移的位移传感器,装于摇枕与车体底架间的侧滚角测量仪,以及布置在车体上的横向和垂向加速度计。将测量结果和60个自由度的NUCARSTM仿真模型计算结果进行了比较。因车体重心高度无法精确计算,仿真计算中该参数通过将车辆的共振速度与试验测得的共振速度比对进行校准。反之,试验中无法测量的参数则由仿真模型的计算结果来推断。图2给出了新摩擦斜楔车辆处于滚摆共振速度下的弹簧垂向位移的测试结果和仿真结果,试验中车辆滚摆共振速度大约为33 km/h。
图3为新摩擦斜楔车辆和摩擦斜楔磨耗状态车辆在不同速度下,弹簧最大行程的试验结果和仿真计算结果。新旧状态下的车辆在滚摆共振速度下,仿真计算得到的弹簧最大行程与测试结果相比,其误差在15%以内。偏离共振速度时,仿真结果比试验结果大。
车辆仿真模型通过与试验中人为设置的相同不平顺(即约12 m轨长范围内,存在一个20 mm左右高驼峰状不平顺)轨道时,车轮垂向载荷减载百分率、车轮脱轨系数(L/V)及每轴脱轨系数等计算结果见表1。另外还计算了车辆通过QR线路9.1 m长钢轨有缝线路及北美11.8 m长钢轨有缝线路在扭曲不平顺线路状态下的动力学性能及动态曲线通过性能(符合北美标准铁路联盟运营试验标准M-1001第XI章的有关要求)。计算过程中,轨距1 067 mm的线路不平顺与AAR标准轨距(1 435 mm)对应的线路不平顺相同。线路扭曲工况中,低接头垂向尺寸为19 mm;动态曲线通过时,低接头垂向尺寸为12.5 mm,外轨偏向外侧的不平顺幅值为25 mm。
装用新造转向架的被试车能较容易地通过除AAR动态曲线外的其他线路。动态曲线通过计算时,车轮脱轨系数和每轴脱轨系数在持续90 ms的时间里分别为1.0和1.5,超过了50 ms的限度值规定。因AAR标准动态曲线半径为175 m,而被试车辆可通过的最小曲线半径为300 m,故仿真计算中,车辆通过的曲线半径为300 m,轨道的垂向和横向不平顺输入与标准动态曲线相同。进一步计算表明,只输入与AAR标准动态曲线相同的线路垂向不平顺而忽略横向不平顺,车辆的运行性能满足相关标准的要求。
装用磨耗状态转向架的被试车辆可以较容易地通过直线线路以及无横向不平顺的半径300 m曲线。但当曲线线路具有横向激扰时,车辆无法通过钢轨低接头,在轨面干燥的线路上(轨面处轮轨摩擦系数取0.5),车轮更容易爬上钢轨。计算中轨道的某些横向不平顺可以在垂向激扰中体现,但计算过程中没有考虑连续焊接钢轨存在的尖点型接头不平顺。
3.4 车辆性能评价标准
对VSA型车辆有必要进行滚摆共振试验,以降低车辆在轨道周期不平顺激励下的脱轨风险。试验必须具有可操作性,并且不能只考虑来自车辆本身因素的影响,还应考虑车辆运行过程中可能遇到的最恶劣轨道工况。
大多数限定轨道几何形位的标准只规定了轨道垂向和横向几何偏差,没有对轨道上存在的周期性不平顺及其波长加以限制。若一侧钢轨的低接头波长接近车辆定距,且该处低接头与另一钢轨低接头正好错开时,车辆4条轮对的平均侧滚角位移将达到最大值,由此而导致的车辆滚摆振动将最为剧烈。当然,车辆的滚摆响应还和滚摆模态的固有频率及由车辆运行速度决定的轮对在各个方向的振动频率等因素有关。通常在同一区段运行的单元列车都有相似的车辆定距、滚摆振动固有频率和运行速度。车辆运行过程中,若一侧钢轨存在低接头,在下一个振动周期内,该处钢轨将增载。当后续转向架经过该处低接头时,前导转向架处钢轨也会产生增载现象。如果这两种情况完全一致,则必将造成钢轨增载量加大。若道床结构因车辆掉下的煤渣或排水不畅其状态发生变化时,特别是在气候潮湿的季节,单个不平顺将演变为一系列空间分布的不平顺,很容易引起车辆滚摆共振的发生。
注:NA表示计算程序无法完成。
QR重载线路的连续焊接钢轨没有短钢轨那样导致车辆滚摆的等距低接头,不好进行车辆滚摆共振试验。试验过程中,轨道不平顺只好人为地设置,此时最好弄清楚试验时所需要的最少不平顺数目。通过仿真分析发现,VSA型货车在一侧钢轨存在3个驼峰状垂向不平顺,另一侧钢轨存在2个驼峰状垂向不平顺的线路上行驶时,其滚摆响应和车辆运行在连续驼峰状不平顺线路上的结果是一致的。但这不是一成不变的,因此,目前还搞不清楚输入不平顺的个数和种类(即是钢轨低接头还是驼峰型)对研究结果的影响情况。
QR车辆动力学标准(STD/0026/TEC)对线路上周期不平顺的基本要求如下:
(1) 每根钢轨顶部周期不平顺的间距都和车辆定距一致,并且一根钢轨的不平顺序列的间距长度为车辆定距的一半,但和另一轨正好错开相位。
(2) 在重车通过工况下,不平顺波峰值的大小约为标准规定的“d1例外级”限定峰值的67%。所有不平顺都应当是一样的(全为低接头或全为驼峰状)。
(3) 以上规定适用于车辆运行速度不大于80 km/h。
“d1例外级”限定级指轨道垂向偏差经轨检车检测后,必须一天内予以校正。对应于5级线路的QR运煤线路,垂向不平顺峰值的“d1例外级”限定值大小为25 mm,此时,对应的周期性不平顺的垂向高度约为17 mm,比先前VSA型车辆试验中采用的20 mm略小。
试验中还需要对除VSA型货车外的其他2种车型进行测试。不同于VSA型货车试验中将轨道捣固成试验所需要的驼峰状垂向不平顺,其他2种车型的试验中,将衬垫插于钢轨和轨枕之间形成所需要的不平顺。同时两钢轨间加入轨撑,以免大量填充衬垫使弹性扣件产生位移而造成轨距扩大。
另外一种形式的周期不平顺常发生在进出曲线的区段。曲线超高由缓和曲线开始时的0逐渐增大,圆曲线上则保持不变。陈旧线路在直线和圆曲线间通常没有设置缓和曲线。因而圆曲线之前的区段其超高常设置过大,刚进入圆曲线的区段其超高则过小。因此,车辆行驶过程中,往往先向内轨侧侧滚,再向外轨侧侧滚。有时在刚进入曲线的区段,线路超高可能逐渐达到一个峰值,而后过渡到圆曲线上的超高,其变化如图4中左端曲线所示。此外,在通过道岔或路桥过渡段时,车辆横向加速度也会变向。
针对上述第二种情况,QR车辆动力学标准中加
入了以下规定:
(1) 在波长50 m范围内,近似正弦型超高不平衡峰-峰值不超过160 mm;
(2) 适用于车辆速度范围从60 km/h到最大设计速度的110%。
计算了VSA型货车在通过上述线路状态下的动力学性能,其计算结果见表1。 重车以110%的设计速度即88 km/h运行时,车辆动力学性能最为恶劣。新旧摩擦斜楔车辆的车轮减载量相近,均为81%,小于90%的限定值,旧摩擦斜楔车辆的冲击振动衰减速度较慢。此外,脱轨系数也明显低于标准限定值。
4 线路几何标准
早在1997年,QR铁路记录标准就对正矢不平顺进行了分级,但没有对超高以及超高与正矢的组合不平顺做出规定。观测表明,当曲线上存在缺陷,致使局部曲线半径小于平均半径时,此处的线路超高会随之减小,反之,当局部曲线半径大于平均半径时,线路超高将增大。曲线(缓和曲线)入口处超高变化的起始点和曲率半径变化的起始点往往不重合。这些线路状况都会引起车辆的滚摆振动。该现象在1997年罗克汉普顿北部线路开行速度100 km/h车辆的试验中得到证实[3]。
为限定引起车辆过度滚摆的线路不平顺,将“瞬时超高不平衡”(ICI)作为一个新的几何形位参数引入到线路标准中。该参数代表线路实际超高与均衡超高的差值,ICI是一个衡量作用在车辆重心处的横向力导致车辆滚摆的重要指标。线路瞬时半径由瞬时平衡超高值所读入的正矢值计算得出。
瞬时超高不平衡值于1997年被QR铁路列为运营速度100 km/h的罗克汉普顿北线的一个检修项目。QR铁路利用轨检车的软件对有代表性速度下的线路ICI限定值进行了计算,并制订了QR土木工程轨道标准。
图4表示运行速度为80 km/h时检测到的正矢不平顺、超高以及经计算得出的ICI值。图4中曲线右端部分表明在半径600 m (3° 曲线)的曲线上,正矢值增加10 mm引起超高减小约12 mm,由此引起的ICI峰值则高达113 mm。此时,正矢不平顺和超高均没有超出标准d1级的限定水平,ICI却大大超过限定值80 mm。将被轨检车标示出来,一天之内必须予以修理。
图4中曲线左端部分表示在曲线入口侧,超高值逐渐上升到70 mm后又逐渐减小到缓和曲线终端处的40 mm。ICI值从曲线入口侧的-70 mm变化到+55 mm,在50 m范围内变化量达125 mm,比新线路管理标准中有关超高的d1级限定值超出30 mm。即使ICI不超过d1级限定,其过大的变化对车辆滚摆的影响也不可忽视。找出引起不同类型车辆剧烈滚摆的ICI值的方法还在进一步研究中。
5 安装在现车上的测试系统
QR运煤线路轨检车每6个月对线路进行一次检测,将轨道数据进行统计分析,根据测量数据对线路划分维修优先次序。如前所述,线路不平顺在大轴重货车的反复载荷作用下,尤其在潮湿天气线路排水不畅的情形下将快速恶化。列车工作人员能够对引起机车振动加剧的线路不平顺特征进行识别,但因机车与车辆悬挂装置的差异,特定速度下引起车辆剧烈滚摆振动的线路不平顺特征却不易被机车上的工作人员觉察到。为快速分析引起车辆滚摆的线路不平顺特征,古涅拉运营线上的一辆VSA型货车配备了能连续测量车轮轮重变化的设备。McClanachan先生等在文献[4]中给出了该车配备的检测设备的情况及其初步运用状况。
目前该装置已全面投入运用。在一系列初步试验后,编制了用于数据实时分析、记录车辆发生事故前后的大量数据,以及进行各通道频谱分析的软件。车辆的位置数据由GPS系统提供,并由转向架的摇头运动判断车辆途经复线铁路的哪一条线路。同时,设置于道旁的AEI数据录入器可确认线路的具体位置。车辆每次(约24 h)经过测量地点时,由位于Jilalan车辆段一座塔台上的天线通过无线网络下载数据,并利用高优先级的短信服务系统(SMS),将列车运行的数据发送给相关工作人员以供分析。
该测量方法的有效性依赖于测试车辆的运行速度需反映该段线路所有通过车辆的速度,且须对全路都进行测量。列车在运行过程中,由于司机必须遵守如以节约燃料消耗或减小车钩力为目标的操作规范,因此,各列车的运行速度基本相同。但因司机不同,即使同一司机驾车通过测量区段或测量车辆处于列车编组中的不同位置时,在线路上同一测量点测量时,车辆的运行速度都会有所差异。从港口到Coppabella是双向复线铁路,而且有3条支线。配装测量装置的车辆可能要好几天时间才能经过同一测量区段。该铁路最重要的测量区段是长度约为10 km、曲线半径多在500 m以下的下坡康纳段。很多重车通过该段线路的上行线,故该段的测试频率很高。现车上测试装置的成功运用将作为该装置在古涅拉铁路和其他重载线路上推广使用的参考依据。
6 结束语
重载线路上车辆滚摆控制是一个必须引起重视的问题,对于轨距1 067 mm的窄轨铁路尤其如此。本文讨论了车辆滚摆性能的实用标准、引起车辆滚摆的轨道几何形态,并对装于运营车辆上的车辆滚摆动态性能测试装置的运用情况进行了介绍。
参考文献
[1] UIC Draft Code. Guidelines for Specifying Metre Gauge Rolling Stock[S].
[2] Skerman D. Testing of VSH Wagon over Black Mountain Derailment Site [R]. QR Rollingstock Engineering Report VT.9812,8 May, 1998.
[3] Wolton M. Safety Validation for 100 km/h Operation Rockhampton to Purono——Dynamic Stability Test [R].QR Rollingstock Engineering Report VT.9727,8 Oct, 1997.
车辆控制技术 篇10
关键词：单片机,角度传感器,转速控制,重心稳定体,电机正反转
0引言
随着汽车的广泛使用和普及,汽车的安全问题受到人们的重视。交通事故中有相当一部分是由于汽车在高速行驶时转向发生侧翻而造成,因此研究汽车防侧翻系统对于汽车的安全性,特别是越野车、 双层客车等重心较高的汽车具有极为重要的意义。
1防侧翻系统总体结构及工作原理
重心控制车辆防侧翻系统由导槽、角度传感器、单片机控制系统、电动机、重心稳定体、传动带组成;单片机控制系统将所说的角度传感器传回的信号进行分析, 再通过电动机、传动带带动重心稳定体在导槽上移动,实现对车辆重心的控制,重心控制车辆防侧翻系统如图1所示。
图1为重心控制车辆防侧翻系统的简图,包括1导槽,2角度传感器,3单片机控制系统,4电动机,5重心稳定体, 6传动带。角度传感器固定在导槽的两端, 当车辆发生侧翻时,角度传感器将侧翻角度信号传给单片机,单片机控制系统和电动机固定在导槽上。单片机通过对角度传感器传来的信号进行分析,以达到控制电动机正反转的目的。重心稳定体装在导槽上,由电动机和传动带传动,以实现在导槽上滑动的目的,且稳定体的位移与角度传感器的输出值成一定比例关系。
2角度传感器
角度传感器用来检测角度的,它的身体中有一个孔,与轴配合使用。当连结到RCX上时,轴每转过1/16圈,角度传感器就会计数一次。往一个方向转动时,计数增加,转动方向改变时,计数减少。计数与角度传感器的初始位置有关。当初始化角度传感器时,它的计数值被设置为0。应用在防侧翻系统只的角度传感器,当汽车的重心为垂直状态时计数值设置为0。轴每转过1/16圈,角度传感器就会计数一次, 由转角关系可知,车辆行驶过程中,角度传感器计数值的变化范围是[0,4]。将该系统角度传感器与主动带轮的传动比设置为1 :12,也就是说,角度传感器的轴转过1/4圈,主动带轮转3周。我们即可通过带轮的圆周来计算行进距离。
3单片机控制系统
随着单片机技术的日新月异,使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成,为电动机的控制提供可更大的灵活性,并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统,可以节约人力资源和降低系统成本,从而有效的提高工作效率。在该系统中,单片机通过对角度传感器传来的信号进行分析,实现电机的正反转,并控制电动机的转速。
3.1电动机转速控制系统的工作原理
电动机的转速与施加于电动机两端的电压大小有关。本系统用DAC0832芯片控制输出到直流电动机电压的方法来控制电动机的转速。当电动机转速小于设定值时,DAC0832芯片的输出电压增大, 当大于设定值时则DAC0823芯片输出电压减小,从而使电动机以设定的速度恒速旋转。我们采用比例调节器算法。控制规律 :—比例调节器输出,KP—比例系数,KI—积分系数,e(t)—调节器的输入,一般为偏差值。 从式中可以看出,调节器的输出与输入偏差值e(t) 成正比。因此,只要偏差e(t) 一出现就产生与之成比例的调节关系,具有调节及时的特点,这是一种最基本的调节规律。比例调节作用的大小除了与偏差e(t) 有关外,主要取决于比例系数KP。比例调节系数愈大,调节作用越强,动态特性也越大。反之,比例系数越小,调节作用越弱。
3.2单片机控制电动机正反转
机器的惯性比较大时,电动机不可能由正转直接改为反转,也不可以由反转直接改为正转;否则电动机的轴很容易受损。因此,当要改变转向时,一定要先按OFF按钮使电动机的转速降低或者停止后,才能按FOR或REV按钮改变转向。
如图2所示,MCR串联MCF的常闭触点,这种连接成为互锁。其目的是避免因两个电磁接触器的主触点都闭合而造成电源被短路的现象。用单片机控制并测试开关的开闭,以准确的控制电动机正反转。
4结论
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