行驶工况曲线范文（精选9篇）
行驶工况曲线 第1篇
根据GB18352.5-2013[1], 我国现今用于评价车辆排放及燃油经济性的工况仍沿用欧洲标准, 采用NEDC循环工况。采用此工况, 可以让各厂家生产的车型站在同一个标准上进行比较与评价, 具备一定的可比性, 但另一方面, 采用该标准评价出的车辆油耗, 与用户真实的驾驶情况不相符合。
当前, 我国城市道路发展迅速, 高架路增多, 路面增宽、交通管制加强, 但因车辆保有量大和非职业化驾驶员比例增大, 一些中大型城市交通拥堵现象非常严重。与此相比, NEDC循环工况制定于上世纪90年代, 其中的城区工况加速平缓, 怠速时间短, 使用档位低, 与实际城市道路行驶状况相差较远[2,3,4]。为此, 需要建立反映实际道路结构和交通流特征的城市道路行驶工况。
在经历实际道路行驶工况数据的采集、处理、并初步建立起典型城市道路行驶工况曲线之后, 如何对曲线进行优化以使其尽可能地符合实际道路行驶状况, 就显得格外重要。
本文基于合肥市采集处理的典型行驶工况曲线, 利用AVLCruise软件, 从多个方面对工况曲线进行优化调整, 以期获得与实际道路行驶工况尽可能高的符合性。
1、工况符合性的判断条件
编制城市典型行驶工况曲线的目的是为了运用这个工况曲线可以直接在转毂试验台架上模拟出实际道路上的油耗情况。因此, 需要站在油耗符合性与工况符合性两方面设定判断条件。
1.1 油耗符合性
循环工况油耗测试精度的影响因素, 包括驾驶员驾驶习惯的一致性, 转毂阻力加载的精度, 油耗仪的测试精度, 以及相关车辆状态及环境条件的一致性等, 基于这些影响因素客观存在的事实, 导致在转毂上对实际道路行驶工况进行油耗模拟时, 不可能做到试验结果与实际油耗的绝对一致。
根据现有转毂试验的一般误差范围, 驾驶员操作的差异等客观因素, 设定油耗符合性判断条件如下:
同一台车, 同样车辆状态, 同样驾驶员, 同样环境条件下, 在转毂上利用典型工况曲线加载测试的油耗, 与在选定的实际城市道路路线上测试的油耗, 两者偏差不超过±3%。两类试验各开展三次, 测试的油耗结果取平均值再进行偏差比较。
1.2 工况符合性
每段道路的工况特性以准则数进行判断, 准则数表达了车辆在道路上行驶的方方面面特性, 可以用来判断所选取的工况曲线是否符合整体道路行驶情况[5], 选取的准则数越多, 反映出实际道路的特性也就越全面。
在进行道路工况采集之前, 需要先设定好准则数, 本文设定了如下32个准则数, 分类如下:
(1) 各工况所占时间比例:包括加速工况、减速工况、匀速工况、怠速工况4个参数;
(2) 各车速段所占时间比例:0-70km/h间隔10km/h取一个车速区间段, 另外车速大于70km/h的作为一个车速区间段, 共计8个参数;
(3) 各加速度端所占时间比例:0-1.6m/s2间隔0.2m/s2取一个加速度区间段, 另外加速度大于1.6m/s2的作为一个车加速度速区间段, 共计9个参数;
(4) 各挡位使用所占时间比例:一至五挡, 共计5个参数;
(5) 平均车速:包含怠速工况在内的所有行驶工况状态下的车速平均值;
(6) 平均行驶车速:不包含怠速工况在内的各行驶工况状态下的车速平均值;
(7) 换挡车速:一至五挡, 各相邻挡位升挡时的车速, 共计4个参数。
理论上说, 如果编制的典型工况曲线的每一条准则数与实际道路采集的均一致, 那么典型工况曲线就能完全反映实际道路工况的的特征, 但实际上是做不到的。为了判断是否绝大多数准则数与实际道路的准则数相近, 引入相关系数进行分析判断。
相关系数公式如式 (1)
式中, ρ (X, Y) 为X, Y两组数的相关系数;
Cov (X, Y) 为X, Y两组数的协方差;
D (X) 、D (Y) 表示X, Y的方差。
该公式也可写成式 (2)
式中, RXY同样表示X, Y两组数的相关系数。
本论文设定的判断条件是所编制出的典型工况曲线所有准则数与实际道路工况所有准则数的相关系数不小于0.95。
2、工况曲线的优化
2.1 优化前的行驶工况曲线
在进行城市道路采集路线选取时, 需考虑城市道路的等级, 城市道路分为快速路、主干道、次干道和支路四种道路。四种道路各有特点, 红绿灯数量、车流量、道路宽度、行车道数量、平均行车速度等各不相同, 只有选取路线的四种等级道路比例与城市整体情况相符, 采集的典型行驶工况才能真实全面地反映城市道路的工况特点。
基于前期的数据采集、分析与处理, 得到初步的工况曲线如下图1所示。
2.2 典型行驶工况曲线的优化
从以下方面对编制完成的典型工况曲线进行分析和优化。
2.2.1 各级道路长度比例
根据合肥市道路交通规划部门数据显示, 合肥市市区快速路、主干道、次干道、支路四种级道路的分布比例约为15%:21%:25%:39%。考虑到市民为方便出行而进行的主观性路线选择, 快速路的比例应该增加, 次干道和支路的比例应该减小, 最终设定四种分级道路长度比例范围设定为20%-30%:35%-45%:15%-25%:10%-20%[5]。在编制好典型工况曲线后, 利用AVLCruise软件进行仿真计算, 得到该工况的时间——行驶距离曲线, 如下图2所示, 并进行分析。
从分析结果来看, 快速路、主干道、次干道、支路的行驶距离分别为8128m、5613.9m、3162.9m、1166.7m, , 比例为30.9%:30.2%:24.6%:14.3%, 与设定的比例范围对比, 快速路和主干道两个等级道路的典型工况曲线需要进行调整。
2.2.2 发动机转速范围
在城市工况下正常行驶时, 发动机转速一般不会过高或过低, 过高一方面发动机需要为高速旋转消耗更多的燃油, 不经济, 另一方面也会产生噪声大的后果。转速过低则发动机为维持运转而多喷油, 同样不经济, 另外也会产生抖动的后果。
本文综合考虑发动机最低稳定转速、合适的升挡转速以及转毂试验时驾驶员操作的合理性等多方面因素, 设定工况曲线中, 转速范围为800rpm-2600rpm。
利用AVLCruise软件对某版数据的支路工况进行了分析, 绘制了时间——转速与时间——挡位曲线, 如下图3, 判断转速是否超出设定范围。
从分析结果来看, 支路工况曲线中, 存在转速达到2733rpm的过高点和转速为663rpm的过低点, 这些需要通过调整车速或挡位进行优化。
2.2.3 换挡频繁性
在连续升挡和连续降挡过程中, 相邻挡位间的操作时间间隔不可太小, 否则在转毂试验时, 驾驶员无法按时完成。
参考NEDC工况中的挡位设定, 其中最短的升挡间隔为5.5s。为此, 设置本工况最小升挡间隔为5s, 下图4截取了一段工况曲线进行说明。
上图中, 存在一段升挡间隔仅2.5s的换挡曲线, 依据设定的原则, 需要进行优化调整。
2.2.4 发动机负荷
如果工况曲线中的加速过程曲线设置过陡, 则需要较大的加速度才可通过, 这时就需要较大的发动机负荷。本文以实际工况扭矩分布于发动机的外特性扭矩曲线对比来判断发动机的负荷。
本文道路行驶工况采集使用车辆配置2.0T涡轮增压发动机, 外特性扭矩最大可达240Nm, 但在2000rpm之前, 发动机扭矩相对较小。而城市工况下, 发动机转速主要分布在2000rpm之前。下图5为利用AVLCruise软件计算得到的发动机外特性扭矩曲线与城市工况扭矩分布对比图。
从图中可以看出, 在发动机转速为1042rpm-1344rpm的区间内, 出现了城市工况扭矩分布点超出发动机外特性扭矩曲线的现象, 这一情况在实际转毂试验时, 会导致驾驶员无论将油门踏板踩多深, 都无法跟上车速曲线的情况, 为此, 需要对车速曲线或当前挡位进行调整, 降低发动机负荷。
2.2.5 车速波动频繁性
车速波动反映了道路行车中车流量的多少, 速度波动越频繁, 对应的加速、减速频繁, 油耗会升高, 因此车速波动一方面影响了转毂上试验员的驾驶, 另一方面对整体工况油耗也有影响。
为分析车速波动频繁性是否合理, 以北美工况Ftp75来进行对比参考。
通过设定目标波峰并统计目标波峰的次数来判断车速波动的频繁性, 如下图6所示, 实心圆点为找到的车速波峰点, 以波峰点作为对称点向两边分别移动4s, 如空心点所示。以实心点速度值与两边空心点的速度值分别作差并取绝对值, 并称此绝对值为高程差, 判断两高程差中最大的差值是否大于1.5 km/h。如果大于1.5 km/h, 则定义该点为目标速度波峰, 作为统计对象。
统计波峰点个数与整个工况的时间长度, 与Ftp75对比如下表1:
从上表可以看出, 合肥市区工况的单位目标波峰个数比Ftp75工况大很多, 因此需要优化调整。
2.3 典型工况曲线优化结果
经过以上多轮优化, 最终得到典型工况曲线如下图7所示:
以上优化的结果见下表2, 可见优化的要求均已达成。
3、典型行驶工况符合性判断
3.1 油耗符合性判断
经过三轮转毂油耗与实际道路油耗的对比试验, 结果如下表3:
从上表看出, 三轮试验转毂数据与道路实测数据均不超过3%, 满足设计目标要求。
3.2 工况符合性判断
统计道路实测工况与典型道路工况的准则数, 并计算相关系数。经计算, 典型道路工况与实测道路工况的相关系数达到0.9941, 超过0.95, 满足设计目标要求。
4、结论
编制城市道路典型行驶工况曲线, 除了能够让我们了解实际行驶工况与NEDC工况的差别外, 更重要的是使我们可以利用这个工况, 在底盘测功机上完成对实际行驶工况的试验模拟, 以便在产品开发阶段更好地指导动力性能匹配工作。
本文从典型行驶工况是否能真正反映实际行驶工况这方面出发, 提出了工况优化的方法以及工况符合性的判断方法, 在典型工况曲线制作这方面具有一定通用性和参考价值。同时, 经过多轮次的油耗对比验证, 证明文中所提方法也是有效的。
参考文献
[1]中华人民共和国国家标准GB 18352.3-2013.轻型汽车污染物排放限值及测量方法 (中国Ⅴ阶段) [S].2013-10-10发布.
[2]熊国平.在城市总体规划中体现可持续发展的战略——以张家港为例[J].城市规划汇刊, 1996 (04) :50-54.
[3]李朝阳, 谢庆辉.大城市道路设施供需模型及其应用研究[J].城市发展研究, 1998 (040:39-42.
[4]周千崎.发展我国大城市交通的研究[M].北京:中国建筑工业出版杜, 1997:3-10.
科目二曲线行驶方法 第2篇
首先，进入曲线前,尽量将车身调整在左右边线的中央。刚进入曲线时,尽量将车身靠近右侧边线,因为第一弯道是向左拐，这个基本都是相同的。
第一种方法：
第一、左前角与右侧边线重合时,向左打一圈方向。
第二、打了一圈方向后,就保持车前角与右边线重合,如果有偏离就通过方向盘来加以修正,修正方向盘的幅度在半圈内。
第三、行驶至右转弯道的接连处时,将方向回正。此时车身左前角和左侧边线将近重合。
第四、回正方向后,进行前行。当车右前角与左侧边线有500px的距离时,如下图所示,向右打一圈方向。
第五、采用与步骤3类似的方法,来对方向加以修正即可。在弯道要过完时,回正方向,驶出曲线。
第二种方法：
第一：从车内观看，AB段曲线随着车子的前进，会不断地向引擎盖左边移动，我们也要慢慢的向左打方向，使引擎盖左测凸筋一直搭着AB段曲线走。
第二：随着车子前行，AB段曲线走完，即将进入BC段曲线。
第三：BC段曲线是左弯曲线向右弯曲线的过渡区，类似于一小段直行区域，在此过程中，要完成方向盘的回正及再向右打的动作，这些动作都是连贯自然衔接的。在CD段曲线靠近车头左侧引擎盖时，方向就要准备向右打(实际此时方向处于正直状态)，
第四：当引擎盖的左侧凸筋搭到CD段曲线时，就要开始向右打方向，并使曲线由左凸筋位置移到右凸筋位置
第五：适当缓慢调整方向盘，使右侧凸筋始终搭着CD段的外侧右转曲线走一直到曲线终点，出曲线，回正方向。
其实曲线行驶很简单，记住“左凸筋搭着外侧的左转曲线走，右凸筋搭着外侧的右转曲线走”这样一个看点口诀就OK了，但是在左转曲线向右转曲线过渡区，要掌握好打轮时机。
第三种方法：
第一，以车头对准右边黄线的方向进入曲线考试，不然后车轮有可能压线，低速进入曲线行驶项目。
第二，等到最右边那条黄线到达车盖前沿的一半的位置，就要慢慢往左边打方向，注意这不能打死，然后继续看点，我是看车盖左边那个四分之一点，我看着它慢慢的准备和右边黄线重合了，然后就控制好方向盘不动，慢慢让这个点和右边黄线重合的画线，如果看到不重合了就要调整过来，捉住这点，你就成功一半了。
第三，然后画完线后，等左边凸点准备和左边黄线重合的时候回正方向，然后再慢慢开，开到车盖前沿刚好贴住最左边黄线了，这个时候记住方向盘就不要动了，让车盖前沿和黄线重合画线，当然也要注意不重合就慢慢调整下，继续开，等车头出来了，就要及时回正方向，继续走。
行驶工况曲线 第3篇
关键词：换挡规律；试验；机械式自动变速器
中图分类号：U463.212 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2011）03-0019-05
The Research of Shift Strategy for Commercial Vehicle Driving on Slope Road
JIANG Xue-feng，XU Xian
(Dongfeng Commercial Vehicle Technical Center of DFL，Wuhan 430056，China)
Abstract: By collecting and analyzing vehicle driving data, this paper discusses the shift strategy that commercial vehicle equipped with manual transmission drives on slope road with powerful and economic style.This will be helpful for determining optimum shift control strategy of AMT system.
Key words: shift strategy；test；automatic mechanic transmission
传统的固定轴式齿轮变速器具有效率高、成本低、结构简单等优点，从而获得广泛应用。但这种变速器存在着换挡困难、换挡时动力中断、驾驶员水平对汽车行驶性能有较大影响等缺点。微型计算机的发展和应用，提供了对机械变速器进行合理地自动控制，完成汽车起步、换挡等功能的可能性。目前的电子控制机械式自动变速器是在手动机械变速器和干式离合器基础上实现自动控制而产生的，即AMT系统。在这种变速系统中，离合器和变速箱的自动操纵是AMT开发过程中的关键。实现自动操纵要求制定合理的控制策略（主要包括控制离合器分离/接合、变速器的选/换挡及协调它们动作的方法）并执行。控制策略的优劣直接影响车辆起步、换挡的平顺性以及离合器、变速器的寿命，而其中的难点是汽车在坡道行驶时的控制。我们知道，有经验的驾驶员能够根据路况合理选择离合器分离/接合、变速器的选/换挡时机。如果通过试验把这些有经验的驾驶员的动作记录下来，进行试验分析，可以总结出汽车道路行驶条件下换挡的判定条件和控制规律。这将有利于今后结合发动机的万有特性，通过仿真软件的理论计算优化获得较好的控制策略。因此道路实车的换挡控制策略是研究的基础。
1 试验条件及试验结果分析
1.1 试验条件
所有试验均在一台配置了手动6挡变速箱的某载货汽车上进行。试验记录参数为发动机转速、车辆车速、离合器位置、变速箱挡位、油门开度及油耗。所有数据都由一个8通道数字数据采集器实时采集，采样间隔0.05秒。
1.2 试验结果分析
1.2.1 坡道动力（100％油门）起步加速（试验结果见图1）
根据试验数据分析，为了获得好的动力性，驾驶员总是尽可能地将油门保持在全油门位置。变速箱在低挡时，换挡时间较长，随着挡位的升高，时间逐渐缩短，这是因为此时发动机在低挡时储备功率较大，须避免对传动系统造成较大的冲击。也就是说，我们在制定AMT换挡控制策略时，不同挡位应制定不同的换挡时间。在换挡过程中，离合器脱开后由于坡道阻力的存在，车速有明显的下降（在我们所做的平地起步加速试验中车速基本不变），相对平地而言，应尽快完成换挡过程。
1.2.2 坡道经济（60％油门）起步加速（试验结果见图2）
根据试验数据分析，为了保证较好的经济性，驾驶员总是将油门开度保持在50％~60%，同样从1挡起步加速到4挡，加速时间较动力性换挡为长。在试验的最后段（33秒后），当驾驶员换4挡时，车速下降，而此时油门开度是维持不变的，说明驾驶员并不希望减速，可见，经济性和动力性发生了矛盾。在实际的AMT控制策略中，应避免这样的情况发生。
1.2.3 爬长坡（试验结果见图3）
根据试验数据分析，当驾驶员发现前方有上坡道，从5挡降4挡并加大油门（20秒后），此时，发动机转速相对换挡前升高，而车速还略有降低。在试验时，驾驶员凭经验判断前面的坡道难以以目前挡位通过，所以降挡。但降挡的时机是否合理，并不见得是理性的。我们在制定控制策略时，还要根据发动机万有特性曲线，找到合理的换挡时机和挡位。
1.2.4 下长坡（试验结果见图4）
根据试验数据分析，当驾驶员发现前方有下坡道，于是渐松油门（1~7秒），而此时，发动机转速是持续上升的。为保证安全，挡位从5挡降至4挡并踩刹车进行制动。在降挡时，离合器与飞轮分离，因为此时动力源是重力，故发动机转速突降（10秒时），而在换挡完成后，随着离合器的接合，发动机转速又迅速上升。
1.2.5 坡道起步（试验结果见图5）
根据试验数据分析，本试验专门研究从发动机点火起步到挂挡行驶间汽车发动机转速、油门、离合器开度、车速在时间轴上的关系。试验时，力求离合器平稳接合，凡是感觉有较大冲击时，均重做试验。通过图5可以看出，离合器应迅速分离而缓慢接合，在试验中，分离时间约为1秒，而接合时间约为5秒。油门基本是线性增加的，而离合器却并非线性接合，并且，中间在某个时间段，本试验是7.8秒到9.3秒，基本保持离合器位置不动。因为接合冲击的程度与加速度变化率有关，加速度变化越大，冲击越严重。离合器传递的发动机扭矩决定于离合器的接合大小，当离合器压紧弹簧是线性弹簧时（如普通螺旋弹簧），离合器接合大小对应可传递的扭矩也是线性变化的（摩擦片与飞轮同步段及发动机最大扭矩段除外）；但发动机油门特性决定了发动机输出扭矩不是线性变化的。因此，当驾驶员觉得加速度变化可能会太大时，他将离合器保持在某一位置，使扭矩值保持一定，也不致产生较大冲击。我们从图5的曲线可看到，此时的发动机转速下降了。这说明尽管这位经验丰富的驾驶员避免了冲击，却使发动机转速出现了不必要的下降，如果他在更后面保持离合器位置并合理操控油门，可以使发动机转速平缓地上升。
2 结论
2.1 坡道动力（100％油门）起步加速的换挡规律及控制策略
1）根据道路实测数据总结出坡道动力起步加速的换挡规律曲线，见图6。
2）控制策略如下：
（1）判断条件：初始发动机转速、车速、离合器开度均为零，在行驶过程中油门全开；
（2）控制策略：CPU根据发动机万有特性，保证换挡前后加速度不变小，换挡过程应满足试验总结的规律；
（3）在车速12 km/h时，换向2挡；20 km/h时, 换向3挡；32 km/h时, 换向4挡。
2.2 坡道经济起步加速的换挡规律及控制策略
1）根据道路实测数据总结出坡道经济起步加速的换挡规律曲线，见图7。
2）控制策略如下：
（1）判断条件：初始发动机转速、车速、离合器开度均为零，在行驶过程中总保持经济油门。
（2）控制策略：CPU根据发动机万有特性，在满足加速度的条件下，选择最经济挡位。
（3）在车速8 km/h时，换向2挡；20km/h时, 换向3挡；26 km/h时, 换向4挡。
2.3 爬长坡换挡规律及控制策略
1）根据道路实测数据总结出爬长坡的换挡规律曲线，见图8。
2）控制策略如下：
（1）判断条件：从某时刻起，油门变化率超过设定值，保持现有挡位加速度会小于零。
（2）执行动作：CPU根据发动机万有特性数据，在满足动力性的需要的情况下，选择最经济挡位。
2.4 下长坡换挡规律及控制策略
1）根据道路实测数据总结出爬长坡的换挡规律曲线，见图9。
2）控制策略如下：
（1）判断条件：从某时刻起，油门全松，伴有制动，而发动机转速反而上升。
（2）执行动作：CPU控制执行机构降挡。为保证安全，该挡位车速不应高过换挡前车速或预先制定的下坡安全车速。由于下坡过程中始终存在重力加速度，当坡道较长时，应采用低挡或发动机制动，以确保安全。
2.5 坡道行驶工况AMT对行驶工况的判断与识别
实现车辆AMT的目的是实现换挡操作的自动化，即驾驶员通过油门踏板向整车输入操纵意图信号，对驾驶员来说，AMT车辆是操纵对象，道路条件、交通情况是操纵环境。驾驶员根据经验对操纵环境进行判断，决定换挡的时机及挡位以保证操纵对象达到较好的动力性或经济性。普通的机械变速箱车辆中，驾驶员根据经验对操纵环境进行判断，决定换挡的时机及挡位以保证操纵对象达到较好的动力性或经济性。但在AMT的车辆中，驾驶员只能通过油门及制动踏板向整车输入操纵意图信号，而由AMT本身来决定换挡的时机及挡位。因此，必须采用易于测量的信号作为AMT判定换挡策略的输入。如油门开度、油门开度变化率、离合器踏板开度、离合器踏板开度变化率、车速、加速度、制动信号等。根据道路试验分析，在不同操纵环境下，驾驶员的操纵不同。
我们知道AMT车辆在坡道起步时一般采用HAS坡上起步辅助装置，它一般包括两个阶段一个过程。首先可由起步时对坡度的检测，或由司机触发HSA装置，此为HSA的启动阶段。之后一直保持一个制动有效的过程。当汽车起步时，HSA进入释放阶段，此阶段是有司机踩下油门踏板触发的。在此阶段中，制动配合着油门及离合器的接合而释放，以保证汽车平稳起步，避免溜车。
从道路试验的采集数据中，我们知道，坡道行驶与平路行驶时的换挡策略是不同的。在机械变速器的车辆中，是由驾驶员根据经验决定换挡的时机与挡位。而在AMT的车辆中，必须使AMT能够根据容易测量的数据对坡度作出判断，以决定是采用平地的换挡规律，还是采用坡道行驶的换挡规律。根据汽车的行驶方程式：
式中， Ttq=F（ne，?琢）,即发动机扭矩是发动机转速与油门开度的函数，可由发动机的MAP图获得；ig，i0分别是变速器和后桥的速比；G、A、δ、m 分别是整车重量、迎风面积、汽车旋转质量换算系数、汽车质量； f，CD，显然，以上这些参数都是AMT容易测量的参数，通过计算，AMT可以获得当前行驶的坡度，同时ECU决定采用何种换挡规律。当然由于模型及参数的测量误差，使求出的坡度与实际值有一定误差，但在AMT中，这个角度主要用于对路面的定性识别，对坡度做出一个粗略的估计，对调节换挡规律，仍是有意义的。
以下通过AMT能够测量的参数，建立在上述道路试验的基础上对不同行驶工况的特征归纳如下：
动力性加速：路面较好，车辆、行人较少，视野好。操纵目标是提高车速，油门加速较急且油门开度较大，加速度较大，无刹车，换挡时间短。
经济性加速：路面较好，车辆、行人较少，视野好。操纵目标是在保证经济性的前提下提高车速，油门加速较缓且油门开度一般在60%～70%之间，有一定加速度，无刹车，换挡时间比动力性模式较长且每个挡位持续时间较长。
爬长坡：为保证足够的驱动力，有减挡操作，发动机工作在最大扭矩点附近，车速不高。
下长坡：油门开度基本为零，为保证安全，一般采用减挡或发动机制动。
坡道起步：有制动信号，离合器接合平稳。
根据实车道路试验，总结出汽车坡道行驶换挡时的判定条件及控制规律，见表1、表2。
参考文献：
［1］ 余志生.汽车理论［M］.北京：机械工业出版社，1990.
［2］ 葛安林.车辆自动变速理论与设计［M］.北京:机械工业出版社,1993.
［3］ 过学迅.汽车自动变速器［M］.北京：机械工业出版社，1999.
客车车架各行驶工况性能研究 第4篇
关键词：客车车架,有限元法,静态分析,应力分布比重
客车在停止和行驶的过程中都会受到来自外部和内部的各种载荷的作用,车架的强度不仅关系到整车是否能正常行驶同时也关系到整车的安全[1]。车架的强度能否满足实际应用的需要以及在载荷的作用下车架是否会失效是设计人员最关心的问题[2]。本文对7140型客车进行了研究。
1客车力学工况抽象
客车在实际中的工况很复杂,根据不同的工作状态下的受载情况、支撑约束、惯性力的作用方式,本文将客车的行驶状态进行抽象简化,分为满载弯曲、满载弯扭、紧急转弯、紧急制动四种工况。
2客车车架有限元模型建立
7140型客车车架材料纵梁采用510L钢材,其他采用;510L钢的弹性模量为2.06×105 MPa、屈服强度为430 MPa。Q345B弹性模量为2.05×105 MPa、屈服强度为345 MPa。两种材料柏松比为0.3[3]。在有限元软件ANSYS中建立客车车架几何模型,并根据不同材料设置不同材料属性[4]。对几何模型进行离散,构成有限元模型,单元数量为87 892,节点数为88 222,其有限元模型图如图1所示。由于模型尺寸比较大,整个模型通过图片反映不够清楚,通过放大车架局部有限元网格,如图2所示,可以看出,整个模型单元形状规则,单元尺寸相差很小,整个模型构建比较理想。
3车架承载及受力图
客车在静止时,车架只承受悬架以上部分的载荷,包括装在车架上的发动机、变速器等总成和部件的重量,乘客或所载货物的重量。根据该车型提供参数,车架受力示意图见图3。
图3中:F1为车身的重量;F2为发动机的重量;F3为方向机及机构的重量;F4为油箱及油的重量;F5为水箱的重量;F6为排气管及消声器的重量;F7为备胎及其托架的重量;F8为散热器及水的重量;F9为变速器与离合器的重量。F10行李箱的重量;F11为满座时乘客及座位重量;F12为储气筒及其管路的重量。由于静态时客车车架所承受上述载荷均为均布在相配部件上的均布载荷,所以本文选择按等效加载方式分摊施加在对应节点上,这样可避免选择局部面域较难操作,既可有效模拟车架的实际受力情况,也可避免施加集中载荷时产生应力集中现象。
4车架各工况的静力计算
4.1满载弯曲工况
约束处理:施加在前后悬架弹簧与车架的连接处,前后共施加8处约束。
载荷处理:对于车架直接承载的载荷,乘以相应的动载荷系数,通过选取对应位置的节点并施加在节点上;并考虑车架自重。通过ANSYS分析计算,得出该型车架在该工况下的应力分布和位移分布情况。
车架在该工况下的应力图(图4)和位移图(图5)为:
为从整体上衡量车架的应力水平,通过数据统计,车架模型的应力分布比重为(图6):
计算结果分析:该工况下最大的应力为74.3 MPa,该处为车架右侧后轮纵梁与悬架连接处,该处由于悬架的约束影响和第四、第五纵梁的连接出现了应力集中,而车架的其余结构大部分所受的应力都相对较小。从应力分布比重图可知,车架绝大部分处于20 MPa以下。最大位移为3.92 mm,位于车架末端左支撑梁处,该处因为离车架约束较远且受有相配部件的载荷。
4.2满载弯扭组合工况
约束处理:右后轮下沉120 mm,其位移施加在右后轮通过悬架与车架纵梁相接处的位置上,其余三处约束同满载弯曲工况。图7和图8为弯扭工况的应力图和位移图。
整个车架在满载弯扭工况下的应力分布比重如图9所示。
计算结果分析:满载弯扭组合工况应力水平相对于弯曲工况较高,最大应力水平为118 MPa,与弯曲工况发生应力最大位置处于相同位置。整个车架模型的应力分布比重图可以看出,车架在该工况下,高应力区较少,整体应力水平不高,大部分均处在20 MPa之下;相对满载弯曲工况来说,高应力区所占比重要偏大一点。从整体上来看,车架材料利用率较低。整个车架最大位移为4.767 mm,也在车架末端左支撑梁处,与弯曲工况同一位置。在车架与右后轮相接处,由于凹坑对车架扭曲的影响,该位置的位移变形明显大于左后轮处。通过读取这两处的位移结果,与右后轮相连的纵梁处比左后轮与纵梁相连处位移平均高0.948 mm。
4.3紧急刹车工况
载荷处理:由减速度带来的惯性力计算及加载:客车按60 km/h的初速度,制动距离为6 m,则制动减速度为23.15 m/s,通过惯性载荷施加在客车车架的纵方向上;其余与前面工况相同。车架在紧急刹车工况下的应力图和位移图由图10和图11所示。
整个车架在紧急刹车工况下的应力分布比重为(图12)。
计算结果分析:客车车架在刹车工况下最大应力为80.4 MPa,应力最大的位置仍与前两工况处在同一位置点。从应力分布来看,和满载弯曲工况相似,只是应力较大。高应力区占车架很少比重。车架最大位移为4.06 mm,也与前面两工况位于同一位置。
4.4紧急转弯工况
紧急转弯工况是客车在满载下并带有侧向离心力的作用的受力状态。
载荷处理:由转弯所带来的侧向离心力及转弯减速的过程所带来的减速加速度加载:取地面附着系数为0.4,施加一个侧向加速度0.4 g和与在车架纵向施加一个与刹车工况类似的惯性力0.5 g;其余与前面工况相同。图13和图14为车架在紧急转弯工况下的应力图和位移图。
整个车架在紧急转弯工况下的应力分布比重为(图15)。
计算结果分析:车架在紧急转弯工况下最大应力为76.2 MPa,与弯曲工况最大应力点处于相同位置;整个车架99%区域仍然处在20 MPa以下。最大位移为4.11 mm,也与弯曲工况最大位移处处于相同位置。由于侧向力的作用及减速加速度的惯性作用,车架整个位移较弯曲工况大,并且在车架第三纵梁中间处,车架变形明显比其他三种工况大。在该工况下,第三纵梁中间处位移为0.962 4 mm,而在弯曲工况下在相同位置处的位移为0.739 4 mm。
5结论
通过对7140型客车车架的受力情况进行分析、简化、计算,得到了应力、位移和应力分布比重图。该型客车车架,受力及位移基本保持对称,满足车架设计期望。在四种工况下,每种工况应力最大值均发生在同一位置处;在四种工况中:满载弯扭工况应力及位移变形最大,且高应力区偏大,其余三种工况应力、位移及应力分布相差较小;紧急转弯工况下对车架中段位移影响较大,车架中段位移大于其他三种工况下相同位置处位移;从应力最大值和分布比重图来看,该车架设计存在过于富裕,材料利用率较低。文章对于客车车架的基础设计提供理论依据及对同类产品设计开发具有一定的借鉴意义和指导价值。
参考文献
[1]冯国胜.客车车身结构的有限元分析.机械工程学报,1999;35(1):91—95
[2] Kim G H,Cho K Z,Chyun I B,et al.Dynamic stress analysis of vehi-cle frame using a onlinear finite element method.KSME InternationalJournal,2003,17;(10):1450—1457
[3]成大先,王德夫,姬奎生,等.机械设计手册.北京:化学工业出版社,2008
科目二曲线行驶考试技巧 第5篇
(1)任一车轮压道路边缘线，扣100分(原规定车轮挤压边线扣20分，过线扣100分。新标准挤压边线也提高到扣100分。)
(2)中途停车，扣100分。
曲线行驶，车身出来时后轮压线有两种情况，一种是你没有打正方向盘车子一直转弯，一种是转弯时车身太偏向右边这样会压线，一种是车身出线一半就可以打正方向直接开走。那么曲线行驶具体操作步骤如下：
S路操作:
入口有两种方向，左入口和右入口。左入口时，车辆尽量靠近右边线后，再左转方向盘;右入口时，相反，车辆尽量靠近左边线后，再右转方向盘。因为考虑到内轮差，避免在转弯时，后轮压线。
行进过程中，车头压着边线走。左转弯时，车头压着右边线行进;右转弯时，车头压着左边线行进。
出S路时，有两种方向，左出口和右出口。左出口时，当前轮刚好离开时，往右回半个圈方向，避免后轮压线;右出口时，相反，当前轮刚好离开时，往左回半个圈方向，避免后轮压线。
熟练后，可以压慢速度，从左后视镜看车身离线的距离来调整，这就是练出了感觉!
2、考试技巧
(1)当车进入第一弯时(目测)，车辆左侧与左边线保持0.5米进入弯道(或车辆左前角在路中间进入)，用左车头压右边线行驶画弧，保持匀速低速行驶，适当修正方向;
(2)在车辆由第一弯向第二弯过度时，这时左车头离开右边线，右车头逐渐由右侧进入路中，当右车头行至路中间时，向右打方向;
(3)进入第二弯时(目测)，用右车头压左边线行驶画弧，适当修正方向;
(4)出弯道时，回转方向，进入直线行驶。
1.科目二曲线行驶考试要求和技巧
2.科目二曲线行驶方法
3.曲线行驶技巧
4.科目二曲线行驶技巧及讲解
5.科目二曲线行驶小技巧
6.科目二曲线行驶三种通过技巧
7.驾考科目二曲线行驶小技巧
8.科目二曲线行驶通关技巧
9.科目二曲线行驶操作及技巧
南京市轻型车行驶工况的研究 第6篇
汽车排放是城市面临的重要环境问题。随着汽车工业发展,为了有效控制城市汽车尾气排放,必须准确量化汽车的实际排放量,才能科学确定排放削减量和排放控制技术;排放因子是评价汽车排放状况的最基本参数,也是确定汽车排放总量及其环境影响的重要依据,而建立汽车行驶工况是测试排放因子的基础工作[1]。目前中国轻型车新车排放认证工况采用的是欧洲标准工况循环,该工况与我国具体城市的实际道路汽车运行状况存在着较大差别,另外,各城市汽车运行工况之间的差别也很大[2]。
到2009年底,南京市机动车保有量已达到109.25×104辆,其中汽车67.1×104辆[3],汽车尾气排放日益成为大气污染的最主要来源之一[4],越来越受到社会各界的广泛关注。为配合开展南京市机动车污染物排放状况以及防治对策的研究工作,科学分析机动车污染物排放的规律,明确影响汽车排放量的各因素。为此,针对轻型车在城区运行比例大的特点[5],利用车载仪器记录南京市汽车实际道路行驶特征,通过分析大量记录数据,得到南京市轻型车行驶工况的典型参数,并利用自行开发的VTCL-VFETS软件定义出南京市轻型车运行工况曲线。
2、汽车行驶工况的采集
行驶工况指的是一段车速变化历程,它的主要参数(如平均车速、怠速行驶时间等)应和所在地区的实际交通状况一致或尽量接近。要获得行驶工况,首先必须有大量实测的车速变化数据,然后按一定的标准,用数学方法从这些原始数据中提取出有代表性的行驶工况。
南京市城市道路工况是通过跟车试验、典型道路的车辆工况和行驶路谱等模拟得到的;试验采用轻型车辆运行过程中加速、减速、匀速和怠速等行驶形式和必要的过渡状态[4],使用自行开发的VTCL-VFETS软件定义出南京市轻型车的工况曲线。
2.1 试验设备
1)试验用车:轿车别克凯越、出租车红旗等轻型车;
2) GPS轨迹记录仪选择长天科技股份有限公司的HOLUX型号;
3)数据储存卡,笔记本电脑等。
2.2 典型道路的选择
道路调查是进行行驶工况的基础,其目的是从多条道路中筛选出有代表性的试验路线,能反映车辆在道路上的时间和空间规律,其结果能够以少量试验获得代表全局特征的统计结果[2]。通过对南京市主城区道路网的分析,选定了进行行驶工况测试的路线。
汽车行驶工况主要受道路等级(快速路、主干道、次干道及支路,以及车道数等)、交通强度(交通流量)以及时间等因素的影响。通过实际调查、收集南京市主城区一个周期内交通流量的相关数据,进行了统计分析,确定了试验路线。所选定的试验路线见表1。
2.3 道路数据采集时段的选择
出租车的测试时间遵循其运营时间,轿车则选择行车高峰期、次高峰期和低峰期。测试过程中,按规定的路段随机跟踪车辆,GPS轨迹记录仪每隔1秒自动记录一次数据,被测轻型车按正常驾驶方式,在南京市主城区内随主要车流自然行驶,所测的数据能真实反映南京市道路交通及车辆行驶工况。
2.4 道路数据的处理
将GPS轨迹记录仪与电脑连接,打开其附带的ezTour_DL.exe软件,将记录测试车辆的行驶轨迹导出,按选定的典型道路轨迹分割、编号并导出为GPX格式的数据文件。利用VB编写相应程序对原始数据进行预处理,分别对速度和加速度区间、各路段特征参数进行统计。对行驶工况的界定采用以下规定[2,5,6,7]:怠速工况是指发动机在工作但车速小于0.5km/h的状态;等速工况是指汽车车速大于0.5km/h,且第n+1秒速度与第n秒速度之差介于±0.1m/s2之间;加速工况是指汽车第n+1秒速度与第n秒速度之差大于0.1m/s2;减速工况是指汽车第n+1秒速度与第n秒速度之差小于-0.1m/s2。得出最高车速、平均速度、各速度区间(按5km/h的速度间隔划分)、各加速度区间(按0.2m/s2的间隔划分)以及怠速、等速、加速和减速的时间比例等行驶特征参数。
2.5 汽车行驶工况数据的处理结果
由于汽车在一般道路和快速道路上的行驶特点差异很大,因此我们将以主干道和次干道为主的城区道路和快速道路两种不同的道路类型分别统计,通过进一步分析并根据车流量和总里程进行加权,从而制定出南京市主城区轻型车行驶工况。对城区道路和快速道路实测的平均速度、工况比例、速度区间比例统计结果见表2。
由表2可以看出,南京市主城区快速道路的交通状况最好,行驶车速达到65.2km/h,怠速时间比例仅为0.94%。城区道路因受上下班高峰期车流量影响,整体行驶速度较低,约为23.4km/h,怠速时间比例也较高,达到19.46%。
3、南京市轻型车工况
3.1 南京市轻型车工况及其特征
南京市轻型车的工况是将城区道路和快速道路的行驶特征按照车流量和总里程进行加权拟合而成,并使用自行开发的VTCL-VFETS软件定义出汽车排放检测使用的行驶工况曲线,如图1所示。可以看出南京市轻型车行驶时,加减速频繁、怠速频繁,而匀速所占比例较小,平均车速较小。
运行速度分布图和加减速时间分布图分别如图2和图3所示。由图2可以看出,南京市内汽车运行平均速度为32.6km/h,且怠速占比例较大,这与岔路口较多、交通拥挤等因素有关。
由图3可以看出,汽车行驶过程中,怠速时间占总运行时间的15.21%、加速时间占32.16%,等速时间占21.92%,减速时间占30.72%。综合南京市道路状况来看,加减速比较频繁也反映出道路状况较好、车流量较大的特点。
3.2 国内典型城市行驶工况对比
普通国内典型城市行驶工况对比见表3。从表3可以看出,由于国内城市交通中混合交通流较为严重,普遍存在较高的加、减速时间比率和较低的匀速时间比例,且彼此较为相近,反映出了国内城市道路汽车行驶工况的一般规律和特点。
南京市内汽车行驶加减速频率较高,平均速度较高,怠速和匀速较少,这一方面反映出南京市的道路状况较好,汽车能以较高速度运行,另一方面,由于交通流量较大,岔路口较多,因此加、减速所占比例比其他城市较为突出。
3.3 与标准行驶工况对比
表4列出了南京市轻型车工况与美国标准工况[8]和欧洲标准工况[9]的行驶特征。从表中可以看出,南京市轻型车行驶工况中加、减速比例与美国FTP75基本一致,大于欧洲工况,而怠速和等速比例都明显低于欧洲工况。
4、结论
(1)南京市城区各类道路交通状况和行驶特征差别明显。快速路的交通状况最好,主干道和次干道等城区道路次之,这是因为城区道路交通十分拥挤,机动车在超过80%的时间里处于不停的加速、减速或怠速状态[10]。
(2)利用车载GPS轨迹记录仪测量汽车瞬时行驶速度,并通过对大量采集数据的处理分析,拟合得出南京市轻型车行驶工况,并运用自主开发的VTCL-VFETS软件定义出汽车排放检测使用的行驶工况曲线。与国内相近城市比较,具有普遍存在的较高加减速时间比例,较低的怠速和等速时间比例。
(3) GPS测速具有实时、快速、准确等优点,利用GPS技术测试汽车行驶工况,方便快捷而且准确。
(4)汽车行驶工况是影响汽车污染物排放的重要因素,合成的南京市工况较真实的反映了轻型车的运行状况,也反映出汽车加、减速工况占比例较大,因此,改善汽车行驶工况,提高汽车行驶速度,避免频繁的加、减速,减少汽车交叉路口的等候时间,缩小怠速时间比例等,均可以大幅度降低汽车污染物排放。
参考文献
[1]马冬,丁焰,刘志华,等.轻型汽车实际行驶工况的排放研究[J].安全与环境学报,2008,8(5):66-68.
[2]刘跃明,高谋荣,李占玉.深圳市城市道路汽车行驶工况调查分析[J].深圳职业技术学院学报,2010(1):40-43.
[3]南京市统计局.南京统计年鉴2009[M].北京:中国统计出版社,2010.
[4]杨延相,蔡晓林,杜青,等.天津市道路汽车行驶工况的研究[J].汽车工程,2002,24(3):200-204.
[5]陈旭东,钱裕尧,焦庆宏,等.南京市轻型车行驶工况排放的分析研究[J].轻型汽车技术,2003(8):4-10.
[6]许立峰,张丹宁,钱裕尧.南京工况下轻型车排放试验与分析[J].环境监测管理与技术,2006,18(3):18-20.
[7]王虎.城市车辆实际道路行驶特征与排放特性研究[D].武汉理工大学,2007.
[8]张锐.城市道路汽车行驶工况的构建与研究[D].合肥工业大学,2009.
[9]张富兴.城市车辆行驶工况的研究[D].武汉理工大学,2006.
主成分分析在车辆行驶工况中的应用 第7篇
随着能源危机和环境问题日益突出,“低碳经济”已成为全球焦点。汽车行驶工况(Driving Cycles,简称工况)描述车辆行驶的速度与时间曲线[1]。它在车辆污染物排放量、燃油消耗量和评估,甚至在交通规划等方面都具有指导作用[2]。国外已经构建了能综合反映当地的实际道路的工况[3,4]:美国(FTP75工况)、欧洲(ECE+EUDC工况)以及日本(J10-15工况)。国内近年来在行驶工况方面也做了一些研究[5,6]。目前我国沿用的是欧洲ECE+EUDC工况。本文以昆明市的典型道路为研究对象,构建出了适合昆明实用的代表性工况,并与欧洲ECE+EUDC工况进行了对比分析。
1、研究方法
1.1 主成分分析[7]
主成分分析是利用“降维”的思想,把众多个指标化为几个综合指标(称为主成分)。设有m待分析的样本,且每个样本都有n个变量,记为:y1,y2,…ym,构成了m×n矩阵:
式中yij (i=1,2...,m;j=1,2,...n)表示为第i个样本的第j个变量。具体操作如下:
1)为了消除由于单位的不同可能带来的影响,将原始数据的每个变量都进行标准化处理,是的每个变量经标准化处理后的平均值都为0,标准差都为1。
其中uj=E(yj),σj=Dj(y),它们分别是每个变量经标准化处理后的平均值和方差。处理后矩阵变为:
2)求变量之间的相关系数矩阵R
式中rij表示为变量xi.与xj的相关系数,记为:
3)计算相关矩阵的特征根和与之对应的特征向量。令行列式|λ-R|=0,求出矩阵R的n个特征根,并按由大到小顺序排列(λ1≥λ2≥………≥λn≥0),接着对每个λk (K=1,2,...n)解方程Rb=λkb,求出对应于每一个特征根的特征向量bk。
4)计算出主成分的贡献率及其累计贡献率。主成分分析把原始变量X1,X2,...,Xn的总方差分解为:n个独立的变量y1,y2,…,yn的方差之和,表示为第k个主成分yk的方差贡献率。第一主成分的贡献率最大,说明了yl综合原始变量的能力最强。而y1,y2.....yn的综合能力依次递减。如果仅仅取其中的P个主成分(P
为这p个主成分的累积贡献率。说明了这y1,y2.…yp综合x1,x2.....xp的能力。
1.2 聚类分析
聚类分析是通过事物数值特征来反映各个体之间关系的“紧密程度”。其基本思想就是按照变量之间的相关程度大小将样品逐一归类,关系紧密的变量先聚到一个小的分类单位,然后逐步扩大,使得关系疏远变量聚合在一个大的分类单位,直到所有变量都聚集完成,形成一个表示亲疏关系的谱系图,最后按照所需要求对变量进行分类[7]。引用欧式距离,其计算公式为:
距离越大说明它们两者之间的线性相关越小,反之,它们之间的相关性越大。
2、构建行驶工况
2.1 实验道路的选取以及数据采集
2.1.1 选取公交线路的选取
基于昆明市道路等级、机非混合、早晚交通流变化明显程度等原则,选取了69路、22路等5条典型性公交线路。包括了昆明市所有公交车行使的道路类型(干道、次干道、快速路与支路)。
2.1.2 数据的采集
采用车载测试设备。测试路段连续采样14天,包括周六、周日。采集时间包括每天出行高峰、平峰、低峰期。实验过程随机选择典型道路上的公交车。
2.2 运动学片段定义
车辆行驶工况定义为①怠速工况:指发动机正常工作且V=0的连续工作过程;②加速工况:a>0.1m/s2且V≠0的连续工作过程;③匀速工况:|a|≤0.1m/s2且V≠0的连续工作过程;④减速工况:a≤-0.1m/s2且V≠0的连续工作过程。
公交车在实际行驶过程频繁启动、加速、减速、怠速。运动学片段定义:从上一个怠速结束到下一个怠速开始之间的运行过程,见图1。
2.3 运动学片段的特征参数
在分析相关资料并进行相关研究基础上,定义了8个特征参数(见表1)来描述运动学片段。
(*):平均运行速度是指去除怠速的平均速度
2.4 实验数据分析处理
本实验共采集了7万多条数据,预处理后得到192个运动学片段,见表2。
2.5 主成分分析结果
借助SPSS对192个运动学片段进行主成分分析,得到8个主成分(用Mi表示,i=1,2,3,...8)。各个主成分的贡献率、累积贡献率(见表3)。选取特征值大于1且累积贡献率大于80%以上的主成分。由表3可得:选取前3个主成分即可反映原始运动学片段的特性。由表4给出了三个主成分的特征向量,即得到表5。从前三个主成分中抽取具有代表性的特征参数:Vm、Ta、Tc、Ti、Td用于聚类分析。
设特征参数Vm、Vmr、a+、a-、Ta、Tc、Ti、Td依次为X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8。则根据表4得到主成分的表达式:
2.6 聚类分析结果
根据交通特征,于是聚成3类别,这几个类别分别与拥挤工况、一般工况和畅通工况相对应起来。从表6中得出:第1类包括了63个运动学片段;第2类包含了76个运动学片段;第3类包含了53个运动学片段。
2.7 拟合工况
3个运动学片段簇分别代表了3类交通特征。 根据统计分析的概率随机性构建拟合工况,拟合工况的特征参数值与对应的实验实测值之间的评价相对误差在10%以内且工况总的运行时间在1200s左右(主要取决于台架气袋排放的容积大小)[8]。拟合代表性工况的速度与时间见图2。
3、验证工况
求出拟合工况的8个特征参数与之对应的实测值的平均相对误差(见表7)。令Q为拟合的工况与实验各特征参数实测的平均相对误差;为代表性工况的特征参数值与对应的实验实测值之间的相对误差;Wi (i=1,2...8)表示各特征参数的加权值(取所有的加权值都为1)。通过对Q值的大小来验证所构建拟合的代表性工况性能的优越,如下:
由表7可知：Q的值为8.041%,表明拟合行驶工况是合理的、有效的。
4、代表性工况与欧洲ECE+EUCD工况比较
通过表8中可以看出:昆明市代表性工况与欧洲ECE+EUCD工况有较大区别。代表性工况的平均速度、平均运行速度、匀速时间比例都比欧洲ECE+EUCD工况小的多;怠速时间比例、加减速时的平均加速度都比欧洲ECE+EUCD工况大的多;其他相差不大。总体状况较为拥堵,主要原因有:机非混行、道路宽度有限。
5、总结
①通过对昆明市5条典型道路进行测试,获取了大量的实验数据;实验重复性较好;同时引入的8个特征参数用以评定昆明市的交通状况。
②通过对工况的有效性验证表明:拟合工况数据与实验数据的平均相对误差仅为8.041%,所提出的主成分分析与聚类分析结合的方法是可行,所构建的工况是有效的。
③通过与欧洲工况的对比,拟合的代表性工况与我国目前采用的欧洲ECE+EUCD工况有较大差别,欧洲工况不宜作为昆明市机动车实际行驶工况。
参考文献
[1]余志生.汽车理论[M]-3版.北京:机械工业出版社,2010:38.39.
[2]朱西产,李孟良,马志雄,等.车辆行驶工况开发方法[J].江苏大学学报,2005,26(2):110-113.
[3]TIAN Yi,ZHANG Xin ZHANG Liang.Intelligent energy management based on driving cycles identification using fuzzy neural network[C].//Second international symposium on computational intelligence and design.2009:501—504.
[4]SALEH W,KUMAR R.KIRBY H,Real world driving cycles for motorcycles in Edinburgh[J].Transportation Research:PartD,2009,14(5):326~333.
[5]姜平,石琴,陈无畏.聚类和马尔科夫方法结合的城市汽车行驶工况构建[J].中国机械工程,2010,21(23):2893-2897.
[6]石琴,郑与波.因子分析在汽车行驶工况构建过程中的应用[J].中国机械工程,2011,22(9):1123-1127.
[7]刘大海,李宁,晁阳.SPSS 15.0统计分析从入门到精通[M].北京:清华大学出版社,2008:298-314,252-297.
行驶工况曲线 第8篇
汽车发动机经常处于变负载、变转速工况运行,因而对发动机动态特性的研究十分重要[1]。而目前对汽车发动机的试验过程一般都在发动机-测功机试验台上进行,这种方法利用测功机直接对发动机加载,因而测量数据准确,但由于该测试系统缺少传动系,因而无法模拟道路实际行驶工况。自行开发研制的汽车发动机道路行驶工况模拟试验台将发动机、变速箱、驱动轮总成固定在台架上,驱动轮置于与电涡流机同轴的滚筒上。当汽车发动机驱动车轮转动时,摩擦力使滚筒转动,通过对电涡流机实现定扭矩、定转速或恒电流控制,可以使滚筒对车轮施加反作用力矩,模拟汽车在道路上行驶时所受到的外部阻力,从而对发动机加载。对于发动机底盘输出功率,利用传感器进行测量。这种测试方法,可使汽车发动机运行工况范围非常大,几乎包括发动机外特性曲线下覆盖的所有运行工况点,因而测量数据对发动机动态特性的研究具有实用价值。
1 测功系统工作原理
试验台加载及测功系统机械结构简图如图1所示。加载装置是风冷式电涡流机,电涡流机定子由励磁线圈、铁心、极靴等组成。当励磁线圈通过直流电时,形成磁场,该磁场在转子上产生感应电流(即电涡流)。电涡流与其所产生的磁场相互作用对转子形成制动力矩(M0),其作用力方向与串接于滚筒上的转子旋转方向相反。M0使车轮圆周上产生切向力F0(其受力状况与汽车在道路上行驶相同),与此同时,外壳(定子)也受到一个与M0大小相等、方向相反的力矩M,M便迫使外壳连同固定其上的力臂转动,力臂就对S型拉压力传感器产生拉力或压力F,利用传感器输出信号及后级信号处理电路,可测得F。另外,与滚筒同轴的测速装置可以测量滚筒的转速。而加载装置所吸收的功率、力矩和转速之间的关系如下[2]:
式中,P为加载装置所吸收的功率,kW;F为测得的作用于定子的反力,N;L为测力臂长度,m;M为加载装置吸收的力矩,N·m;n为滚筒转速,r/min。
2 测功控制系统设计
根据测功系统工作原理,该系统运行过程中需要实现加载控制,实时测量加载压力、滚筒转速并计算功率。本测功控制系统框图如图2所示。图中PC机是主控制节点,实现人机接口,可设定加载量、加载方式以及实现加载的启动、停止控制。各种命令通过RS-232串口送入数据采集与通信节点,而该节点一方面将加载控制信息传送到后级加载控制节点,另一方面将采集并进行处理后的压力、速度信息送回到主控制节点,PC机进一步经过计算处理后以图表或数字方式实时、动态显示功率测量结果。数据采集与通信节点与加载控制节点处于工业现场,周围电磁干扰严重,为保证两节点间数据通信的可靠性,采用CAN总线通信。加载控制节点主要是根据上位机的加载控制信息实现电涡流机的励磁控制,其控制电路以及控制算法的实现是本研究的重点。
3 加载控制电路设计
加载控制节点硬件电路如图3所示。电路主要由微处理器、加载电路、同步电路、电流测量电路、CAN通信电路等组成。
3.1 微处理器选择及外围电路设计
为实现加载控制节点功能,选择Microchip公司生产的PIC18F458单片机作为该节点微处理器。PIC18F458采用16位的类RISC指令系统,指令周期短、处理能力强、运算能力高,可以不用外扩存储器就能很好地完成大量的数据通信和满足通信协议的要求。PIC18F458单片机片内集成了A/D转换器、内部E2PROM存储器、比较输出、捕捉输入、PWM输出、I2C和SPI接口、异步串行通信(USART)接口电路[3]。特别是其片内集成的CAN控制模块可以方便地实现工业现场的数据通信功能,满足本系统设计要求。
PIC18F458总共有8路10位A/D转换器,通过编程设置加载电流测量信号由RA0输入,内部A/D转换器参考电压输入端为RA3,采用基准电压源LM336-5得到稳定+5V参考电压。
PIC18F458单片机内部带有CAN模块,不需要外部扩展,只需加一个总线驱动芯片即可,方便了通信调试,提高了系统的抗干扰能力。C A N总线驱动器是PCA82C250,它是Philips推出的CAN控制器和物理总线接口芯片,可提供对总线数据的差分发送和接收。
PIC18F458单片机支持在线调试和编程功能,图中J1即为编程下载端口。
3.2 加载与同步电路设计
PIC18F458单片机中的定时/计数器TMR1用来作移相定时,即根据PC机发来的控制信息和同步信号的时刻,来确定发往晶闸管的触发脉冲的时刻。为提高快速性和简化程序设计,内部定时/计数器TMR0专门用来作晶闸管触发脉冲的脉宽定时。
PIC18F458单片机的PROTD.7口作为晶闸管的触发脉冲输出,与一个脉冲放大电路相连接,脉冲信号经放大后送往晶闸管。功率放大器采用MOSFET,为加快其开关速度,用由PNP-NPN晶体管构成的互补式电路驱动MOSFET的栅极[4]。PROTD.7口输出高电平时MOSFET导通,脉冲变压器将触发脉冲送往晶闸管的栅极。PROTD.7口输出低电平时,MOSFET关断,触发脉冲消失。VHF36为单相桥式半控整流模块,内部集成续流二极管。励磁线圈为感性负载,L和R分别为等效电感和等效电阻。
来自同步变压器的同步信号为一正弦波,经过零比较器整形后变为方波,整形后的信号接PIC18F458单片机的外部中断0即INT0,外部中断0设置为边缘触发方式,正弦波正半周的开始,PIC18F458响应外部中断0,此即为正弦交流电自然换向点(过零点)。
3.3 加载电流测量电路设计
为实现加载电流的闭环控制,需要测量加载电流。加载电流测量选用TBC-PS5闭环霍尔电流传感器,其输出电压经过仪表放大器AD620放大后,送入微处理器进行A/D转换。AD620反向输入端由基准电压源LM336-2.5提供2.5V基准电压。
4 加载控制电路程序设计
加载控制电路包括CAN总线数据通信程序、A/D转换程序、加载控制程序等。其中,加载控制程序是实现加载控制的关键。
4.1 控制角的确定
P C机的加载控制信息是反映晶闸管电路输出电压Ud大小的量,可以理解成是最大输出电压Udmax与当前应输出电压Ud的比值。由PIC18F458单片机构成的晶闸管触发电路应首先根据这一信息确定出控制角α,然后转换成TMR1定时器的时间常数,确定晶闸管触发脉冲的发出时间。对于8位单片机PIC18F458,这个输出量通常是一个字节Dk,预先将Ud在整个取值范围分为255等份,并求出每等份中间值对应的控制角α,编制一个255字节的Dk对应于α的表格存入程序存储器中。根据PC机的加载控制信息采用查表的方法转换成α,这样有利于提高系统响应的快速性,同时查表本身又是一种很好的线性化方法[5]。
4.2 相移的实现
相控整流电路的控制角α是从正弦交流电自然换向点(过零点)计起的。延时移相控制方法由同步环节提供自然换向点,TMR1由自然换向点开始计时,以控制角α对应的延时时间确定触发脉冲产生的时刻。在第一个触发脉冲的触发时刻TMR1再重新计时,计时10ms(180°)后,得到交流电负半周的第二个触发脉冲。周而复始,可得到一系列触发脉冲。
4.3 脉宽形成
内部定时/计数器TMR0专门用作触发脉冲宽度的定时。在每一次TMR1定时终了,使PROTD.7口为高电平发出触发脉冲的同时,也启动TMR0。TMR0定时终了时使PROTD.7口为低电平结束触发脉冲,TMR0的定时时间即为触发脉冲宽度。一般双窄脉冲的宽度要求在5°~15°之间,本电路选取脉宽为9°,对于50Hz的交流电,对应的时间为0.5ms。
4.4 控制方法
控制节点按照PC机的要求选择闭环控制模式,可以选择定扭矩、定转速或恒电流控制方式。若选择电流闭环控制,控制节点读取数据采集节点中的电流大小,然后再读取PC机设定的电流大小,将2个电流进行比较之后送入PID调节器,通过PID调节器调节励磁输出电流。其余的2路闭环控制过程与电流闭环控制过程类似。
5 实验结论
试验台制作完成后,进行了加载控制、功率测量等一系列实验。其中,加载控制实测波形如图4、图5所示。图4中通道1波形为同步变压器的正弦波同步信号,通道2波形为经过零比较器整形后的同步方波信号。图5中通道1波形为同步方波信号,通道2波形为控制角α=90°时的触发脉冲信号。
该试验台已投入实际运行,实验及运行结果表明,该加载控制系统具有控制精度高、稳定度高、实时性好的特点。而其加载控制电路作为数字式晶闸管触发电路,充分地利用了PIC18F458单片机资源及其运算功能,使晶闸管-触发器环节线性化,提高了控制系统的控制质量并简化了电路设计。该电路可应用于其他相应电力电子控制系统,有一定的实用价值。
摘要：汽车发动机道路行驶工况模拟试验台利用电涡流机对汽车发动机加载以实现道路行驶工况模拟。在各种道路行驶工况下,测功系统可测量发动机底盘输出功率。介绍了该试验台测功系统工作原理及控制系统组成,详细分析了加载控制电路设计。
关键词：道路行驶工况,汽车发动机,功率测量,加载控制
参考文献
[1]Junzhi Zhang,Qingchun Lu.Study on the Engine Dy-namic Testbed[J].Vehicle Electronics,1999,(l):406-409
[2]田国华,张学利,何勇,等.汽车动力性检测[M].北京:人民交通出版社,2002
[3]刘和平,刘林,余红欣,等.PIC18Fxxx单片机原理及接口程序设计[M].北京:北京航空航人大学出版社,2004
[4]孙朴树,李明,王旭光,等.电力电子技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,2000
机器人曲线行驶的跟踪控制研究 第9篇
目前全球智能制造行业发展迅猛,机器人作为“智能制造”的核心角色其研究前景十分广阔。通过曲线行驶机器人可以规避移动过程中的障碍物,运动灵活性得以提高。
1硬件介绍
为研究机器人的曲线行驶,搭建了一个简易机器人模型。机器人模型由一块32位单片机控制,单片机型号MK60DN512,由3.3 V电压供电,带有256 k B flash,其具有处理速度快、功能强、功耗低等优点,能够满足本次研究的需要[1]。
舵机连接两个转向轮实现左右转向,直流电机带动驱动轮控制机器人的前进后退,编码器检测驱动轮的速度,为单片机提供速度反馈,形成闭环控制。
传感器采用TSL1401CL线性CCD,其有排列成一条线的128个有效像素点[2]。CCD传感器的数据采集距离前瞻为60 cm,传感器将跑道与底面的颜色差转换为像素点的数值差并将其传至单片机。
2控制框图
控制框图如图1所示,M29417为舵机控制芯片,RTN7971B为电机控制芯片,通过控制转向和速度来控制机器人行驶的路径。速度与方向分别形成两个闭环,速度环由光电编码器提供速度反馈,方向环由CCD传感器提供方向反馈。
3控制策略
3.1方向控制
方向由舵机带动两个转向轮的转动来控制,CCD传感器将检测到的路面颜色差信号反馈给单片机[3],单片机通过阈值处理区分跑道和底面,并控制舵机转向,将机器人始终约束在跑道内。
3.2速度控制
过弯时机器人要通过减速来更好地跟踪跑道,直线行驶时又要加速到设定速度。此过程通过PID控制实现[3],PID控制原理如图2所示。
e(t)为PID控制器的输入信号,PID控制器输出Δu(t)信号控制电机。Δuk为控制量,由电机输出,控制机器人的速度。
离散PID控制表达式为:
由式(1)得上一时刻的输出值uk-1为:
控制器输出为控制量的增量,由式(1)减式(2)可以得到控制量Δuk:
PID参数的设置标准是,选择合适参数使机器人运动中速度增减平和,不出现突变;检测弯道不因太灵敏而提前转向,也不因太不灵敏而超出跑道。采用试凑法得出:在设定速度为2.6 m/s时Kp=5.5,Ti=∞,Td=30 ms和采样周期T=1 s。T恒定,确定A=5.665,B=-5.83,C=0.165。
4实验研究
运动场景为白色跑道,蓝色底面,对比度较高,方便机器人识别路径[4]。直线速度设置为2.6 m/s。机器人长20 cm,宽15 cm,跑道宽度为45 cm,弯道半径为45 cm,曲线路径如图3所示。
根据机器人运动影像拟合机器人实际运动路径与曲线路径,路径对比如图4所示。以机器人底盘中心点代表其位置,虚线表示中心点移动路径,实线表示跑道边界。
实验中机器人没有越出跑道,并且贴近曲形跑道的中心线行驶。结果显示,机器人跟踪弯道较为生硬,转弯圆滑度存在一定失真,尤其是在连续弯道时较为明显,但是总体上曲线行驶效果仍较为理想。
5结语
机器人对于简单路径的跟踪效果较为理想,但是在实际运行过程中路径复杂,连续转弯的情况也很多,并且会有各种干扰因素影响反馈信息的采集,因此,如何提高机器人运动的稳定性还需进行进一步的研究。
摘要：机器人在实际运动过程中会遇到各种复杂路况,进行曲线行驶可以提高其运动灵活性和整体移动速度。针对曲形路径跟踪,搭建了机器人运动模型。结合控制框图说明了控制策略,应用PID校正速度误差,针对给定曲线进行了实验研究。实验结果表明,该控制策略下机器人曲线行驶效果理想,对于提高机器人运动灵活性的研究具有一定借鉴意义。
关键词：机器人,PID,曲线行驶
参考文献
[1]韩建文.基于飞思卡尔单片机智能车的设计[J].电子制作,2014(1):59-60.
[2]廖志飞,刘海刚,陈庆威,等.基于线性CCD的两轮自平衡智能小车控制系统设计[J].电子设计工程,2014,22(20):92-94.
[3]雷永锋,刘勇,黄喜恒.基于线性CCD的智能循迹小车设计[J].科技视界,2014(21):34-35.