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高速履带车辆横摆运动响应特性分析与试验验证

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兵工学报 2024年第4期45卷 1094-1107页

作者：袁艺盖江涛曾根周广明李训明马长军中国北方车辆研究所北京100072

为研究高速履带车辆操纵特性,奠定高速电驱动履带车辆的操纵稳定性评价及控制的基础,建立了高速履带车辆非线性转向动力学模型及2自由度线性转向动力学模型,并对模型进行试验验证。利用2自由度线性模型推导了高速履带车辆横摆运动传递函... 详细信息

为研究高速履带车辆操纵特性,奠定高速电驱动履带车辆的操纵稳定性评价及控制的基础,建立了高速履带车辆非线性转向动力学模型及2自由度线性转向动力学模型,并对模型进行试验验证。利用2自由度线性模型推导了高速履带车辆横摆运动传递函数,基于此进行了高速履带车辆横摆运动时域和频域响应特性分析,提出履带车辆稳态横摆角速度增益及临界阻尼车速的定义。研究结果表明:履带车辆稳态横摆角速度增益均小于1,履带车辆具有不足转向特性;履带车辆系统阻尼比在1左右;当车速小于临界阻尼车速时,车辆系统为过阻尼系统,横摆角速度响应的上升时间在0.2 s内;当车速等于临界阻尼车速时,车辆系统为临界阻尼系统,横摆角速度响应的上升时间大于10 s;当车速大于临界阻尼车速时,车辆系统为欠阻尼系统,横摆角速度响应的上升时间迅速减小至2~3 s。

关键词：高速履带车辆操纵特性横摆运动瞬态响应频率响应

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非对称铺设双稳态正交复合材料层合方形板的静力学与动力学分析

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振动工程学报 2024年第7期37卷 1169-1181页

作者：郭振坤徐佳乐董挺北京建筑大学机电与车辆工程学院北京100044 中国北方车辆研究所北京100072

建立了非对称铺设双稳态正交复合材料层合方形板的静力学和动力学模型。通过固化分析确定了三个平衡状态,展示了以温差绝对值为控制参数的超临界叉形分岔。通过稳定性分析确定了三个平衡状态为两个稳定平衡状态和一个不稳定平衡状态。... 详细信息

建立了非对称铺设双稳态正交复合材料层合方形板的静力学和动力学模型。通过固化分析确定了三个平衡状态,展示了以温差绝对值为控制参数的超临界叉形分岔。通过稳定性分析确定了三个平衡状态为两个稳定平衡状态和一个不稳定平衡状态。通过静力学分析确定了双势阱势能曲线,这有助于对动态跳跃现象的研究。通过在动力学分析中引入阻尼,分析了平衡点的动态分岔。通过数值模拟讨论了基础激励频率对动力学特性的影响。当激励频率处于一定范围内时,系统会发生双势阱大振幅动态跳跃和非线性振动,此频率范围可以被设定为特定频率带宽。双稳态系统的主要动力学特性表现为周期振动、概周期振动和混沌振动。

关键词：非线性振动复合材料层合方形板双稳态三种平衡状态动态跳跃

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基于转向模式切换的三轴独立转向车辆路径跟踪控制研究

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机械工程学报 2024年第2期60卷 243-251页

作者：张昊魏超胡纪滨陈泳丹北京理工大学机械与车辆学院北京100081 中国北方车辆研究所北京100072

三轴独立转向车辆广泛应用于特种领域,并逐渐向无人化、智能化发展,路径跟踪控制方法是其中的重要研究内容。三轴独立转向车辆相较于传统车辆具有更加复杂的转向行为,因此在路径跟踪控制过程中需要充分的考虑其转向特性带来的影响。针... 详细信息

三轴独立转向车辆广泛应用于特种领域,并逐渐向无人化、智能化发展,路径跟踪控制方法是其中的重要研究内容。三轴独立转向车辆相较于传统车辆具有更加复杂的转向行为,因此在路径跟踪控制过程中需要充分的考虑其转向特性带来的影响。针对三轴独立转向无人车辆在路径跟踪过程中的转向控制问题,基于理论力学和轮胎魔术公式建立多自由度模型,对比不同转向模式下横向位移和横摆角变化差异。然后,以实车响应数据作为参考,采用非支配排序遗传算法II(Non-dominated sorting genetic algorithm II,NSGA-II)优化多自由度模型参数,并通过模型仿真获取数据集。通过BP神经网络(Back-propagation network)制定转向模式切换策略,最终将模式切换策略引入模型预测控制器,仿真试验和实车试验结果表明,三轴独立转向车辆在路径跟踪过程中通过转向模式切换可以有效提高跟踪精度。

关键词：三轴车辆独立转向模式切换神经网络路径跟踪

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开孔泡沫金属传热和流动特性

兵工学报 2024年第1期45卷 122-130页

作者：李婧孙晓霞马兴龙朱文祥北京理工大学机械与车辆学院北京100081 中国北方车辆研究所北京100072

近年来开孔泡沫金属运用于散热设备逐渐成为研究的热点。由于开孔泡沫金属结构复杂无序,数值模拟时大都将其结构进行化简,目前已有种类繁多的简化模型,然而适用于其传热与流动特性模拟研究的简化模型尚不明确;另外,适用于散热领域的泡... 详细信息

近年来开孔泡沫金属运用于散热设备逐渐成为研究的热点。由于开孔泡沫金属结构复杂无序,数值模拟时大都将其结构进行化简,目前已有种类繁多的简化模型,然而适用于其传热与流动特性模拟研究的简化模型尚不明确;另外,适用于散热领域的泡沫金属结构参数有待详细研究。为此,建立开孔泡沫金属的5种简化三维模型,并进行传热和流动特性的对比研究,认为Gibson-Ashby模型更能准确描述实际开孔泡沫金属的传热和流动性能。在此基础上,采用Gibson-Ashby模型对开孔泡沫金属的关键结构参数进行传热和流动综合性能分析,发现孔隙率90%、孔密度30PPI开孔泡沫金属翅片的综合性能j/f^(1/3)(j为换热因子,f为阻力因子)最优;将孔隙率90%、孔密度30PPI开孔泡沫金属翅片与平直翅片进行对比,发现开孔泡沫金属翅片换热效果是平直翅片的2倍以上,综合性能也优于平直翅片。所得研究成果可为开孔泡沫金属在换热领域的应用和设计提供参考。

关键词：开孔泡沫金属简化三维模型平直翅片数值模拟传热阻力

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喷油润滑球轴承流动特性的数值研究

北京理工大学学报 2024年第5期44卷 494-500页

作者：李慎龙侯潇男张金乐吴维中国北方车辆研究所北京100072 北京理工大学机械与车辆学院北京100081

基于流体体积(VOF)方法建立了喷油润滑球轴承的数值仿真模型.分别采用滑移网格法和多重参考系(MRF)方法对轴承油气两相流动进行了数值计算,得到了轴承内部流场分布和搅油力矩.搭建了轴承流场可视化试验台,对比分析了仿真流场与高速摄影... 详细信息

基于流体体积(VOF)方法建立了喷油润滑球轴承的数值仿真模型.分别采用滑移网格法和多重参考系(MRF)方法对轴承油气两相流动进行了数值计算,得到了轴承内部流场分布和搅油力矩.搭建了轴承流场可视化试验台,对比分析了仿真流场与高速摄影实测流场.结果表明:滑移网格下的轴承内部油液体积分数大于用MRF方法的计算结果,且当转速逐渐增大时,轴承内部油液体积分数均逐渐减小,且在离心力作用下,润滑油更多地分布在轴承外圈滚道.滑移网格下的轴承内部流场油液分布更接近实测流场.仿真计算的搅油力矩随转速增大而增大,MRF方法下搅油力矩大于滑移网格下的搅油力矩,平均误差约为12.3%.两种方法对搅油力矩的计算均具有较好的一致性,但MRF时间成本更低.

关键词：流体体积轴承两相流滑移网格多重参考系搅油力矩

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壁面热辐射对车内温度场影响的分析

北京理工大学学报 2024年第1期44卷 60-68页

作者：李琳睿孙晓霞王一凡康慧芳沈俊北京理工大学机械与车辆学院北京100081 中国北方车辆研究所北京100072

高原地区空气稀薄,空气导热和对流换热降低,而辐射换热增强.文中通过数值模拟的方法研究了中国高原地区夏季条件下汽车壁面热辐射对整车温度场的影响.应用整体求解法从瞬态和稳态两种角度讨论了车内热辐射对温度场的影响并与平原情况作... 详细信息

高原地区空气稀薄,空气导热和对流换热降低,而辐射换热增强.文中通过数值模拟的方法研究了中国高原地区夏季条件下汽车壁面热辐射对整车温度场的影响.应用整体求解法从瞬态和稳态两种角度讨论了车内热辐射对温度场的影响并与平原情况作对比.结果表明在高原地区,考虑壁面辐射的车内空气整体平均温度比不考虑壁面辐射的低8.93 K,稳态时车身的总传热量中的辐射传热占比为41.16%,前玻璃的辐射传热的占比为23.59%,后玻璃的占比为35.94%,发动机罩的为29.91%,椅子为61.96%.因此,在高原地区,固体壁面的辐射换热是一种重要换热形式,不可被忽略.

关键词：高原地区壁面间热辐射数值模拟温度场

基于粒子群优化算法PID参数优化的双电机耦合驱动履带车辆转向控制

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兵工学报 2024年第3期45卷 916-924页

作者：李欢欢刘辉盖江涛李训明北京理工大学机械与车辆学院北京100081 中国北方车辆研究所车辆传动重点实验室北京100072

针对电驱动履带车辆转向灵敏度不高、控制精度难的问题进行转向控制策略研究,对双电机耦合驱动履带车辆开展动力学分析,利用数学仿真软件建立转向动力学模型。设计一种基于粒子群优化算法对比例-微分-积分控制器(Proportional-Integral-... 详细信息

针对电驱动履带车辆转向灵敏度不高、控制精度难的问题进行转向控制策略研究,对双电机耦合驱动履带车辆开展动力学分析,利用数学仿真软件建立转向动力学模型。设计一种基于粒子群优化算法对比例-微分-积分控制器(Proportional-Integral-Differential controller,PID)参数优化的转向控制策略,以改进型时间乘绝对误差积分指标为粒子群优化算法目标函数,对PID转向控制策略中的控制参数进行实时优化,动态调节控制参数,实现车辆转向控制系统优化输出。利用硬件在环仿真平台和实车试验,对控制策略进行仿真和实车试验验证,试验结果验证了控制策略的有效性。

关键词：电驱动履带车辆粒子群优化算法转向控制耦合机构

重型柴油机低温起动及暖机过程的颗粒排放特性

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兵工学报 2024年第8期45卷 2851-2862页

作者：曹智焜吴晗张树纯张贵贤常江李向荣北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京北方车辆集团有限公司北京100072

低温环境下重型柴油机起动过程碳烟颗粒排放较高,严重影响起动效率。柴油机的低温起动性能受冷却液和润滑油温度的影响,为揭示低温环境下柴油机起动过程的碳烟颗粒排放变化规律,通过单缸发动机台架试验,对起动和暖机过程不同初始水温油... 详细信息

低温环境下重型柴油机起动过程碳烟颗粒排放较高,严重影响起动效率。柴油机的低温起动性能受冷却液和润滑油温度的影响,为揭示低温环境下柴油机起动过程的碳烟颗粒排放变化规律,通过单缸发动机台架试验,对起动和暖机过程不同初始水温油温条件下的缸内压力、碳烟烟度和颗粒物浓度排放进行测量。试验结果表明:发动机低温起动初期碳烟排放最高,随着起动和暖机过程中水温油温升高碳烟排放逐渐降低,聚集态颗粒数浓度降低,核态颗粒数浓度升高,总颗粒数浓度受核态颗粒主导而升高;低温起动时提高初始水温、油温,起动和暖机过程中碳烟排放降低,核态颗粒数浓度、粒径、表面积和质量均降低,聚集态颗粒数浓度降低,大尺寸聚集态颗粒增多使得颗粒表面积和质量升高;低温环境下提高加温锅的加热能力以升高初始水温油温,可降低起动过程的碳烟和颗粒数排放,有助于提高起动效率和减少环境污染。

关键词：重型柴油机低温起动暖机颗粒排放碳烟

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履带车辆油气弹簧生热机理和热模型研究

兵工学报 2024年第10期45卷 3555-3563页

作者：聂维何洪文孙宇万义强北京理工大学机械与车辆工程学院北京100081 中国北方车辆研究所推进系统技术部北京100072 北京北方车辆集团有限公司工艺研究院北京100071

为研究油气弹簧工作过程中的生热机理,建立油气弹簧参数化热模型。采集试验数据对油气弹簧阻尼示功特性进行数值拟合,得到活塞运动速度-阻尼力关系的数学表达式。对油气弹簧的传热路径和换热特点分析,建立油气弹簧热阻网络模型,计算得... 详细信息

为研究油气弹簧工作过程中的生热机理,建立油气弹簧参数化热模型。采集试验数据对油气弹簧阻尼示功特性进行数值拟合,得到活塞运动速度-阻尼力关系的数学表达式。对油气弹簧的传热路径和换热特点分析,建立油气弹簧热阻网络模型,计算得到工作过程中油气弹簧2种工作介质的温度变化特性。设计试验对油气弹簧的热模型计算结果进行验证。试验结果表明:阻尼力做功是油气弹簧温度升高的主要热量来源,油液温度比气体温度上升更快、平衡温度更高,该模型可以准确地计算出油气弹簧不同工作介质的温升情况,为油气弹簧热-机耦合动力学研究提供了参考。

关键词：生热机理能量交换热阻网络温度分布平衡温度