车辆工程的研究方向篇（1）

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.225

1 前言

半主动悬挂也称无源悬挂，由无源但可控的阻尼和弹性元件组成，能根据道路激励和车辆系统的状态来调节悬挂系统中的刚度和阻尼，相比于主动悬挂，其结构简单、成本低，而且性能接近于主动悬挂，且不需要要专用能源装置，用以接近被动悬挂的造价和复杂程度来提供接近似主动悬挂的性能，具有广阔的发展前景。

设计半主动悬挂的核心就是悬挂的控制策略算法的研究，关键在于选择合理的控制策略进行调节减震器阻尼。本文通过建立1/4车辆模型得到状态方程，并采用H∞控制分析方法对半主动悬挂进行分析。

2 控制器研究

2.1 1/4车辆模型

在车辆行驶过程中，车体运动形式沿纵向x轴（前进方向）、沿横向y轴（与前进方向垂直）和垂向z轴（垂直于xy平面）这三个方向，以及绕轴旋转的摇头、头点和侧滚等运动。本文主要以公路车辆为例建立车辆垂向振动的控制作用。

在因路面激励而引起车辆振动时，采用1/4车辆模型（单论二自由度模型）来近似分析车辆系统，其1/4车辆模型的标称动态方程为：

3 总结

本文以轮式车辆文研究对象，建立1/4车辆模型，推到出状态方程，并对鲁棒控制总结构分析进行了分析，针对控制器的总体性能从标称性能、鲁棒稳定性、鲁棒性能三个方面进行了研究，最后通过分析得出了半主动悬挂系统中闭合系统鲁棒性的设计在于可镇定控制器的设计，为后续的研究打下了基础。

车辆工程的研究方向篇（2）

中图分类号：U417.1 文献标志码：B

Abstract： Beginning with the friction coefficient between the vehicles and W-beam guardrails， a three-dimensional finite element model was built to study the impact of friction coefficient on guardrails functions. According to the analysis， with the increase of friction coefficient， the function of guardrail as a buffer is enhanced， while the navigation and blocking functions is weakened. Therefore， guardrails with minor friction coefficient are recommended.

Key words： W-beam guardrail； friction coefficient； impact； finite element analysis

0 引 言

随着中国交通运输行业的飞速发展，交通安全成为全社会日益关注的热点，如何有效地解决交通安全问题已成为摆在交通行业从业人员面前的难题。护栏作为一种重要的交通安全设施已经广泛地被应用于各等级公路中，在防止恶通事故方面发挥了非常重要的作用。护栏具有阻挡碰撞车辆穿越、翻越、骑跨的阻挡功能；能够提供有效降低对碰撞车辆和车内乘员损害程度的缓冲功能；能够使碰撞车辆向行车方向顺利导出并恢复运行状态的导向功能[1]。另外，护栏还具有一定的视线诱导功能。

中国在护栏研究方面起步较晚，还处于不成熟、不系统的阶段。目前科研人员常采用的护栏研究方法主要有三种：实车足尺碰撞试验、缩尺模型试验、计算机仿真研究[2]。实车足尺碰撞试验是指按照《公路护栏安全性能评价标准》的相关技术参数进行试验分析，但由于费用过大、再现性差，一般情况下很少采用该实验；而随着计算机技术的不断发展，具有的可重复性强、参数化建模、费用低等优点的计算机仿真研究得到了越来越广泛的应用[3]。2004年黄红武、莫劲翔等采用LS-DYNA有限元软件对影响护栏性能的相关因素进行了研究[4]。摩擦系数作为一项重要的影响因素在他们的研究中被揭示出来，本文将以他们的研究作为切入点，通过建立波形梁护栏的三维有限元模型来研究护栏与车辆之间的摩擦系数的变化对于护栏各项功能的影响，从而揭示其中的一些规律，为护栏材料选取、加工制作、施工安装等提供有益的参考。

1 模型的建立

本文中的波形梁三维有限元模型大体按照《公路护栏安全性能评价标准》（JTG B05-01―2013）中的相关要求建立。

1.1 几何模型建立

本文以二波型钢护栏为例进行分析，按照现行的行业标准建立波形梁三维有限元模型。为方便后文论述，在建模时将车道方向设为X轴方向，水平面内垂直于行车方向设置为Y轴方向，垂直于路面的方向设为Z轴方向（下文同）。二波型护栏板截面如图1所示。立柱采用Φ140 mm×2 150 mm×4.5 mm规格，防阻块采用200 mm×196 mm×178 mm尺寸。护栏立柱埋设深度为1 400 mm，外露高度为750 mm，波形梁板中心到路面高度为600 mm。车辆按照《公路护栏安全性能评价标准》（JTG B05-01―2013）中小型车辆规格建模，参数见表1，并且根据试验条件要求将车辆与护栏的初始碰撞角度设为20°。本例中路面不作为研究对象，因此将路面设为刚体，使其不参与受力分析。

1.2 材料参数确定

护栏一般采用Q235碳素钢制造，在遭受车辆碰撞后一般会产生塑性变形，因此有必要为护栏材料赋予塑性材料参数。本例中护栏的材料参数为：弹性模量为200 GPa，泊松比为0.3，密度取7 800 kg・m-3，塑性参数采用参考相关数值。

1.3 相互作用建立

为简化非主要因素，将护栏与防阻块、防阻块与立柱之间的螺栓连接简化为Tie（绑定）约束。在汽车与路面之间建立Contact（接触）约束，并且根据试验时车辆应处于自由状态的要求，设定路面与车轮之间为光滑接触，摩擦系数为0。将车辆与护栏之间的碰撞接触面作为研究重点，在其上建立General Contact（通用接触），这样在护栏与车辆碰撞过程中系统可以不断自动寻找接触面，使得模拟更加接近实际。在此接触关系中设定不同的摩擦系数，便可以模拟在不同摩擦系数情况下，车辆碰撞护栏后护栏相关功能的发挥效果。

1.4 边界条件与预定义场

对于刚体路面，在其参考点（RP）上施加完全固定边界条件约束其全部自由度。为节省计算机资源，模型只建立了3节工12 m的实体波形梁护栏，为使模拟不失真，在护栏板两端分别施加关于横断面对称的约束[5-6]。

重力预定义场可以使整个模型处于重力环境下，取g=9.8 m・h-2；试验中车辆碰撞的初始速度为100 km・h-1，因此在预定义场模块中还应建立一个作用于试验车辆的速度场。

将建立的模型采用C3D8R单元（8节点3维缩减积分单元）进行网格划分并设定不同的摩擦系数后，分别提交Dynamic Explicit（显示动态）求解器求解。

2 功能影响分析

2.1 对车辆运行形态的影响

通过对不同摩擦系数情况下模拟结果的分析，可以将碰撞后车辆的运行形态分为三种情况。

（1） 当车辆与护栏接触面之间的摩擦系数小于0.25时，护栏对车辆具有良好的导向作用，使碰撞后车辆与护栏能够较好地贴合，碰撞车辆能够平缓地沿护栏驶出，驶出角度较小，如图2所示。

（2） 当车辆与护栏接触面之间的摩擦系数介于0.25～0.36之间时，护栏对车辆的导向性有所下降，车辆碰撞后会出现甩尾现象，即在车头与护栏碰撞后，车尾会与护栏发生二次碰撞，使车辆及乘员遭受二次伤害，同时还可能降低驾驶员对车辆的操控性。另外车辆碰撞后的驶出角也相较于第一种情况大（图3），说明护栏的导向性已有所降低，车辆有可能冲向相邻车道。

（3） 当车辆与护栏接触面之间的摩擦系数超过0.37时，车辆碰撞后会出现掉头（图4）甚至翻滚。这将给事故车辆带来极大的伤害并且极易导致与后车、相邻车道车辆发生二次事故，所以此时护栏不仅不能起到导向作用反而成为了一种潜在危害。

2.2 对碰撞后车辆动能的影响

护栏通过变形、摩擦等方式使车辆的动能转化为护栏的变形能、热能等，从而起到缓冲作用。要研究护栏的缓冲作用，可以从车辆碰撞后的动能作为着眼点。将模拟结果中的车辆驶离护栏后的动能提取、整理后得到图5所示曲线。

从图5中可以看到，随着摩擦系数的增大，车辆碰撞后剩余的动能逐渐减小，说明较大的摩擦系数有助于碰撞车辆降低车速，能更有效地将车辆原有的动能转化为护栏变形能、热能等，增强了护栏的减速性能作用。再将系统生成的具有代表性的、不同情况下车辆动能随时间的变化曲线（图6、7）进行分析。从动能变化曲线可以看到，在摩擦系数较小时，动能变化曲线是一条光滑下降曲线；而当摩擦系数介于025～0.36之间时，动能曲线中出现一段停滞平台，之后继续下降，这一现象正是车辆甩尾造成的。

2.3 对车辆行程的影响

车辆与护栏碰撞后会继续向前行驶，而在垂直于行车方向则会先向路侧挤压护栏使护栏变形，随后由于护栏的阻挡作用车辆又会向路内回弹，形成图8所示的Y方向位移曲线。车辆碰撞后继续行驶的距离将关系到车辆会不会影响到相邻车道，在一定程度上该项指标也是护栏安全性的体现。将碰撞后0.7 s内车辆的位移进行提取汇总后得到图9、10（当摩擦系数大于037后车辆发生掉头翻滚等现象必然影响相邻车道，因此未列出）。

从图9中可知，随着车辆与护栏接触面摩擦系数的增大，车辆碰撞后沿行车方向的行程逐渐减小，这与前面所得到的关于动能的结论是一致的。在与行车方向垂直的方向（图10），也基本呈现随着摩擦系数增大行程逐渐减小的趋势，这说明在一定范围内，车辆与护栏之间较大的摩擦系数可以有效降低车速，减小碰撞后车辆的运动距离，也就是车辆留在试验要求的导出框范围的可能性增大了，减小了事故的影响范围，也减小对相邻车道的干扰以及发生二次事故的可能性。

对于摩擦系数大于0.37的情况需要特别注意，图11为摩擦系数为0.45时车辆碰撞过程中在行车方向的位移曲线，可以看到位移曲线出现了下降段，这表明车辆出现了掉头、翻转等现象。图12则是车辆尾部某节点在Z方向（垂直于路面）的位移曲线，可以看到车辆在碰撞过程中出现了将近1 m的跳升，这样极易导致车辆发生翻滚等恶性事故，所以特别大的摩擦系数会使车辆失去控制，护栏不能起到保护车辆的作用。

2.4 对最大动态变形量的影响

护栏最大动态变形量是在车辆与护栏碰撞过程中沿护栏的垂直方向护栏所产生的最大动态变形量。《高速公路护栏安全性能评价标准》（JTG/T F83-01―2004）中规定，半刚性双波护栏最大动态变形量应小于或等于100 cm，若超出规定范围会出现车辆越出路外等恶性事故。将模拟过程中的护栏最大位移量提取汇总，如图13所示。由图中曲线可以看到，当车辆与护栏之间的摩擦系数增大时，最大动态位移量也随之增大，并且当摩擦系数值增大到04时，动态最大位移已接近100 cm规定的极限值，而且在之后增加速度急速加剧，当摩擦系数增加到0.45时，其值增大到150 cm，已远远超过规定值。说明摩擦系数增大对于护栏的阻挡作用是不利的，而且过大的摩擦系数可能诱发车辆翻滚等严重事故。

3 结 语

通过上述分析可以得到结论：车辆与护栏接触面之间的摩擦系数对于护栏在受到车辆碰撞时各项作用的发挥具有重要影响。较大的摩擦系数虽然能在一定程度上增强对车辆的减速效果，但拦阻和导向功能将下降。为防止车辆发生二次碰撞、掉头、翻越护栏、翻滚等恶性危害，建议采用摩擦系数较小的护栏。在生产实践中需要加强护栏材料与安装施工质量的管理，严格控制护栏板防腐层（镀锌层）质量，严禁出现流挂、结块、滴瘤等现象，同时也建议在护栏检验中增加一项摩擦系数检验。而在施工中则应注意拼接螺栓的紧固，避免螺栓帽绊挂车辆，对于护栏板搭接方向错误也是决不允许出现的，这种情况会极大的增大护栏摩阻力，导致车辆掉头、翻滚等严重事故，甚至会发生护栏贯穿车辆的恶性事故。

参考文献：

[1] JTG B05-01―2013，公路护栏安全性能评价标准[S].

[2] 毛娟娟.客车与半刚性护栏碰撞的有限元分析与模拟[D].大连：大连理工大学，2008.

[3] 刘 展.ABAQUS6.6基础教程与实例详解[M].北京：中国水利水电出版社，2008.

[4] 黄红武，莫劲翔，杨济臣，等.影响护栏防护性能的相关因素研究[J].湖南大学学报：自然科学版，2004，31（2）：45-47.

车辆工程的研究方向篇（3）

为了科学、准确、公正地评价各种机车车辆的安全性能，建议在铁道部科学研究院东郊环行试验基地建设机车车辆／轨道系统安全性能试验线。所有新研制的机车车辆动力学性能鉴定试验都要在这条试验线上进行。

在轨道平顺性良好，曲线类型较少，半径较大,线路条件不固定的情况下，不可能正确、全面、客观地评定机车车辆的安全性能。因此，有必要参考北美铁道协会“AAR Ml00l货车性能试验分析评定标准”、美国“FRA轨道安全标准”、国际铁道联盟“UICOREB55车辆扭曲刚度检验标准”以及“德国机车车辆批准上道验收试验标准”的要求，建设我国用于试验评定机车车辆通过不平顺轨道和各种典型曲线的安全性能，以及检验车辆扭曲刚度等的永久性专用安全性评定试验线，使我国机车车辆安全性能评定试验工作得以规范进行。

2．尽快建立、健全和修改完善我国机车车辆轨道安全管理和试验评定方面的规程、规范

我国至今无自己的轨道、车辆状态的安全监控管理标准。现有的机车车辆动力学性能试验评定等标准中没有评定与脱轨关系密切的车辆扭曲刚度和通过各种轨道不平顺时的安全指标、侧向力允许标准等安全性能规定，对曲线通过安全性评定的标准也只是参照国外的标准，是否符合我国轨道实际的横向承载能力，没有通过试验验证；脱轨系数、轮重减载率、转向架、车体振动加速度等的取值和评定方法，也未进行过系统深入的试验研究，与AAR的5ft距离窗移动平均和欧洲铁路2m距离窗移动平均(也有用时间窗的)等方法存在很大差异，这对于正确评定机车车辆的性能关系极大。这些问题都必须认真研究。

3．重视对已有货车运行状态的安全监测管理工作

我国货车在曲线圆缓点区、反向曲线夹直线段的脱轨事故一直不断发生；近年来，又接连多次发生空货车在状态良好的直线段脱轨的事故。因此，除应研制新型货车转向架外，还应积极研究推广识别车辆性能不良、有潜在脱轨倾向的办法和仪器，积极推广监测货车超偏载、扁疤、严重周期性减载等地面的安全监测系统。

4．大力加强列车／轨道相互作用系统安全性方面的系列研究

世界各国在车轮脱轨原因、防治措施以及安全监测管理技术、安全规程、规范等方面的研究和实践都是建立在列车／轨道动力学和轮轨相互作用系列研究成果基础上的。要从根本上提高我国铁路科学研究、管理层对脱轨机理的认识，提高我国列车／轨道系统的安全性，必须重视加强列车／轨道相互作用等专业基础方面的研究。其重点有：

车辆、轨道状态和构造参数，列车装载、编组、操纵等对脱轨安全性的影响，以及相应的监测管理技术和设备。

减少脱轨事故和减少事故损失的途径和技术措施。

建立、修改、完善列车脱轨系统安全监控管理方面的规程规范。

对脱轨机理、安全性评定指标和评定方法的试验研究。

车辆工程的研究方向篇（4）

为了科学、准确、公正地评价各种机车车辆的安全性能,建议在铁道部科学研究院东郊环行试验基地建设机车车辆/轨道系统安全性能试验线。所有新研制的机车车辆动力学性能鉴定试验都要在这条试验线上进行。

在轨道平顺性良好,曲线类型较少,半径较大,线路条件不固定的情况下,不可能正确、全面、客观地评定机车车辆的安全性能。因此,有必要参考北美铁道协会“AAR Ml00l货车性能试验分析评定标准”、美国“FRA轨道安全标准”、国际铁道联盟“UICOREB55车辆扭曲刚度检验标准”以及“德国机车车辆批准上道验收试验标准”的要求,建设我国用于试验评定机车车辆通过不平顺轨道和各种典型曲线的安全性能,以及检验车辆扭曲刚度等的永久性专用安全性评定试验线,使我国机车车辆安全性能评定试验工作得以规范进行。

2.尽快建立、健全和修改完善我国机车车辆轨道安全管理和试验评定方面的规程、规范

我国至今无自己的轨道、车辆状态的安全监控管理标准。现有的机车车辆动力学性能试验评定等标准中没有评定与脱轨关系密切的车辆扭曲刚度和通过各种轨道不平顺时的安全指标、侧向力允许标准等安全性能规定,对曲线通过安全性评定的标准也只是参照国外的标准,是否符合我国轨道实际的横向承载能力,没有通过试验验证;脱轨系数、轮重减载率、转向架、车体振动加速度等的取值和评定方法,也未进行过系统深入的试验研究,与AAR的5ft距离窗移动平均和欧洲铁路2m距离窗移动平均(也有用时间窗的)等方法存在很大差异,这对于正确评定机车车辆的性能关系极大。这些问题都必须认真研究。

3.重视对已有货车运行状态的安全监测管理工作

我国货车在曲线圆缓点区、反向曲线夹直线段的脱轨事故一直不断发生;近年来,又接连多次发生空货车在状态良好的直线段脱轨的事故。因此,除应研制新型货车转向架外,还应积极研究推广识别车辆性能不良、有潜在脱轨倾向的办法和仪器,积极推广监测货车超偏载、扁疤、严重周期性减载等地面的安全监测系统。

4.大力加强列车/轨道相互作用系统安全性方面的系列研究

世界各国在车轮脱轨原因、防治措施以及安全监测管理技术、安全规程、规范等方面的研究和实践都是建立在列车/轨道动力学和轮轨相互作用系列研究成果基础上的。要从根本上提高我国铁路科学研究、管理层对脱轨机理的认识,提高我国列车/轨道系统的安全性,必须重视加强列车/轨道相互作用等专业基础方面的研究。其重点有:

车辆、轨道状态和构造参数,列车装载、编组、操纵等对脱轨安全性的影响,以及相应的监测管理技术和设备。

减少脱轨事故和减少事故损失的途径和技术措施。

建立、修改、完善列车脱轨系统安全监控管理方面的规程规范。

对脱轨机理、安全性评定指标和评定方法的试验研究。

车辆工程的研究方向篇（5）

公路桥梁与车辆的耦合振动是指车辆等交通工具在通过某一段公路或某座桥梁的过程中，由于车辆的重力和速度使公路桥梁和车辆同时产生振动反应。这种振动反应对公路桥梁和车辆的损伤均较大，且车型越大，重量越重，其造成的损伤越严重。研究公路桥梁和车辆的耦合振动是减轻这种损伤的重要手段。

一、公路桥梁与车辆耦合振动研究的现状

信息技术的发展推动公路桥梁与车辆耦合振动的研究迈上了新的高度。科学家从纷繁复杂的理论研究中抽象出了理论研究与空间计算模型相结合的方法，使得研究的过程更加专业，研究的结果更具精确性。

（一）国外研究现状

早在二十世纪九十年代，Mulcahy、Hutton、Cheung和Gupta等研究者为使研究的结果更能反映公路桥梁与车辆的耦合振动研究结果的合理性与精确性，先后对公路桥梁与车辆的耦合振动研究做了理想化和多质量的有限元和有线条模型的模拟研究。这些模拟研究研究的主体为公路、桥梁和车辆，研究的对象为公路桥梁与车辆的耦合振动，研究的目的为减轻公路桥梁与车辆的耦合振动造成的公路桥梁和车辆的损伤，研究分为以下几个方面，分别为：第一，研究公路和桥梁路面的状况对车辆通行和车辆的使用寿命的影响；第二，研究车辆在行进的过程中加速或制动减速对公路和桥梁的损伤程度和使用寿命的影响；第三，研究公路和桥梁的类型对车辆通行状况和使用寿命的影响；第四，研究车辆的类型和重力对公路和桥梁的影响。虽然这些研究是研究者凭个人喜好进行的有针对性的研究，但无不为公路桥梁与车辆的耦合振动研究做出了贡献。后这些研究在Zheng、Cheung、Au和Cheng等四位研究者的振动梁函数法对混凝土公路的质量和跨度具有连续性的桥梁的理论研究中得到了进一步的发展。

（二）国内研究现状

我国对公路桥梁与车辆的耦合振动的研究在二十一世纪取得了突破性的进展。新千禧年跨越之际，林梅和肖盛燮两位学者通过将公路桥梁与车辆的耦合振动研究与结构力学相结合进行了公路和桥梁在跨度较大的情况下对车辆荷载性能的动态影响研究，并利用计算机等高科技技术对此研究进行动态模拟，讨论了在不同的路面状况下，车型和车速的不同对公路桥梁与车辆的耦合振动的影响。但将结构力学和公路桥梁与车辆的耦合振动的研究联系起来存在较大缺陷。文章表明略去公路路面和桥梁桥面的约束，影响了路面和桥面的质量对车辆和公路桥体的耦合振动研究结果的精确性，仅考虑车辆通行时的耦合振动，不涉及车辆产生惯性时的车辆与桥梁的耦合振动，使研究的结果在缺乏精确性的同时未具代表性。

为解决公路桥梁与车辆耦合振动研究的影响因素限制问题，学者将注意力集中于单项因素对耦合振动影响的研究中。这些研究包括调谐质量阻尼器控制对减轻车辆耦合振动损伤的影响和车辆耦合振动智能控制技术的研究。调谐质量阻尼器是一种通过降低应力峰值延长结构使用寿命的消能减震控制技术。这种控制技术通过减轻车辆通过路面或桥体时的冲击力和惯性，使得公路路面和桥体的疲劳损伤程度最小，从而延长公路和桥梁的使用寿命。国内对车辆耦合振动智能控制技术的研究主要由杨光和陈祝平两位研究者发起，他们在研究的过程中使用了磁流变液的原理对简化后的支梁振动响应进行了分析，给出了带有磁流变液等流体阻尼器支梁结构的计算结果。但这种结果只是我国研究者在这一领域的初步探索，尚需进一步的研究与发展。

二、公路桥梁与车辆耦合振动研究的发展趋势

（一）完善研究的模型与研究的计算方法

从公路桥梁与车辆耦合振动的研究现状可以看出，这一研究制作的模型和研究计算的方法尚存在改进之处。针对限制因素过多影响研究结果准确性的问题，可以采用单项控制研究的方法；针对模拟模型本身的问题，可以将研究的模型从二维转变为三维，将公路路面的状况和桥体的支撑结构考虑在内；针对计算方法存在漏洞或缺陷的问题，可以将有限元线性计算转变为非线性计算等等。

（二）典型车对公路桥梁使用寿命的影响研究

对公路桥梁与车辆耦合振动研究的主要目的即为延长公路和桥梁的使用寿命，减轻我国财政支出的负担，促进我国经济的健康可持续发展，改善人民的生活质量。研究典型车对公路和桥梁使用寿命的影响，不得不考虑公路和桥梁在特殊荷载作用下的列车安全性问题，根据我国人口分布和资源分布地域的特点，对南方公路桥梁与车辆耦合振动的研究应与对北方公路桥梁与车辆耦合振动的研究存在差异，南方资源分布较广，流通的均为荷载量极大的大型货车，南方降水资源丰富，对公路桥梁与车辆耦合振动的研究应充分考虑降水的因素。

结束语

本文是对公路桥梁与车辆耦合振动的现状与发展趋势的研究，在现状的研究中，文章从国外和国内两个方面做了介绍，国外对公路桥梁与车辆耦合振动的现状研究停留在对公路桥梁与车辆耦合振动造成影响的因素上，国内的研究学者在这一问题上的研究主要是对研究控制和计算方法的探索。为弥补这二者研究的不足，文中除了提出应将影响公路桥梁与车辆耦合振动的因素和研究控制和计算的方法相结合外，还提出了应完善研究的模型与研究的计算方法、典型车对公路桥梁使用寿命的影响以及考虑自然因素的情况下公路桥梁与车辆耦合振动的研究方向，希望这些研究方向的提出能为我国经济的健康可持续发展贡献力量。

参考文献：

车辆工程的研究方向篇（6）

1、车辆安全性能

车辆安全性能的研究中分为“主动安全性”和“被动安全性”。“主动安全性”是指车辆能够识别潜在的危险因素而自动减速，或者当突发因素作用时，能够在驾驶员的操纵下避免发生碰撞的性能，包括可靠性，环境可见性，操纵稳定性和加速制动性。而“被动安全性”则是指车辆发生不可避免的交通事故时，能够对车内乘员或车外行人进行保护，以免发生伤害或者将伤害减到最低程度的性能。因此，车辆被动安全性技术仍是保护车辆乘员及行人安全的主要对策，是车辆安全性领域研究的重要内容。车辆被动安全性的研究内容包括：

1）车身结构耐撞性研究：主要是研究轿车和微型客车的车身结构对碰撞能量的吸收特性，寻求改善车身结构耐撞性的方法，使得车身结构在外力冲击下能以预计的方式变形，其变形能量控制在一定的范围内。

2）人体碰撞生物力学研究：主要研究在碰撞过程中，人体各部分伤害机理、人体各部分的伤害极限、人体各部分对碰撞载荷的机械响应。

3）乘员约束系统及安全驾驶室内饰组件的开发研究：主要研究不同形式的安全带和安全气囊的机械特性，以获得最优的约束性能，避免人体与驾驶室内饰发生二次碰撞；研究开发安全座椅体、吸能式转向柱、安全仪表板、内装饰组件的吸能衬垫材料，使得人体与之发生二次碰撞时，所受到的伤害最小。

2、碰撞事故中乘员伤害原因及相应对策

车辆发生碰撞事故一般是指车辆和外部事物之间的碰撞，称之为一次碰撞。乘员与车辆内部结构的碰撞，称之为二次碰撞。乘员的伤害主要是由下述几种原因造成的：第一，在碰撞时，车辆结构发生变形，车辆构件侵入乘员生存空间，使乘员受到伤害；第二，碰撞时，由于车辆结构破损等原因，使得乘员的部分身体或全部身体暴露到车辆外面二受伤；第三，当车辆结构设计较好时，尽管车辆构件没有侵入乘员生存空间，乘员身体也没有暴露到车辆外部，但在碰撞的作用下，车辆的速度急剧减小，这时乘员由于惯性作用继续移动，与车辆内部结构（如方向盘，以表板等）发生碰撞而造成伤害。在第三种情况下乘员受到的伤害是直接由二次碰撞造成的。提高车辆的被动安全性，可从下面两个方面采取对策：第一，提高车辆结构的安全性，即使得车辆碰撞部位的塑性变形尽量大，吸收较多的碰撞能量，降低车辆减速度的峰值，尽量减缓一次碰撞的强度；使得车辆乘员舱部分有足够的强度和刚度，确保车辆乘员的生存空间，并保证发生事故后乘员能够顺利逃逸；同时保证碰撞时乘员身体不暴露到车外；第二，使用乘员保护系统，即使用安全带，安全气囊等乘员保护装置对乘员加以保护，为了提高安全带的约束性能，人们在安全带系统中增加了预紧器和卷收器，针对没有锁止能的卷收器，开发了自动锁止卷收器铷嗽和紧急锁止卷收器；另外，为了克服已有安全带对人体造成的伤害，一种新型的充气式安全带已在研究之中嘲。安全气囊主要用来防止乘员在正面碰撞事故中与驾驶室内饰件的二次碰撞。在碰撞过程中，人体伤害的直接原因是人体与内饰组件的二次碰撞。为了减轻和避免二次碰撞所造成的伤害，人们开展了内饰件对人体伤害的研究，并设计了安全座椅、吸能式转向柱、安全仪表板。因此，提高车辆被动安全性，要从车辆结构设计和乘员保护系统两个方面入手。

3、国内外车辆碰撞模拟研究现状

3.1国外车辆碰撞模拟研究

国外近20年计算机碰撞模拟技术得到了迅速的发展，已经有了许多成熟的用于碰撞模拟的商业化软件。目前，在国际上车辆被动安全研究方面，具有代表性的商业软件有美国的CDL3D软件、DYNA3D软件、ANSYS/LS.DYNA软件，荷兰的MADYMO软件，法国的PAM.CRASH软件。根据建模的方法和功能不同，可以将这些软件分成两类：一类是CV（SCrash Victim Simulation）碰撞伤害软件，主要模拟在车辆碰撞事故中乘员与环境的相互作用，以CDL3D和MADYMO为代表；另一类是采用显示有限元理论建模，主要用来描述车身结构的抗撞行，以DYNA3D、ANSYS/LS.DYNA和PAM—CRASH为代表。国外在车辆碰撞计算机模拟方面已经具备了相当的规模，达到了很高的水平。国外的GM、Ford、VolksWagon等大型车辆制造商，以及像国家碰撞分析中心（NCAC）这样大型的科研机构每年都进行几百次的碰撞试验对各种车型进行认证和考核。

3.2国内车辆碰撞模拟研究

国内在车辆碰撞仿真方面虽然起步较晚，但是在引进国外的先进软件之后，发展速度也是非常快的。目前在我国车辆的被动安全性是车辆安全性研究的重要课题，而且人们对车辆的被动安牟性的要求也越来越高。尽管我国对车辆被动安全性的研究不足十年，但取得了显著的成绩，不仅制定了和国际接轨的系列法规，而且在试验研究方面已经具备了开展模拟碰撞实验以及整车的碰撞试验能力。当前我国的车辆碰撞模拟仿真的研究工作主要分为两个方面：一个方面是应用有限元的方法研究在碰撞过程中的车辆车身、车架的变形情况，速度和加速度的值，以及各部分的应力分布情况；另一个方面应用多刚体动力学研究车辆在碰撞过程中，人体各部分的动态响应和人体备部分的伤害值。随着国家安全法规的实施，国内有许多家单位相继成立了碰撞实验室：长春国家车辆技术检测中心、天津国家车辆技术检测中心、上海市机动车检测中心、湖南大学车辆碰撞实验室等。它们的建立，极大的促进了实车试验和整车模拟研究的结合。

总结：

本文主要介绍了车辆安全性能的研究方向和国内外车辆碰撞模拟研究现状由于作者的水平限制，会有许多考虑不到的地方，希望以后的研究者加以完善。相信随着科技的不断发展车辆安全性能将会不断的提高。

【参考文献】

[1]林逸，郭九大，王望予.汽车被动安全性研究综述[J].汽车工程，1998（1）.

车辆工程的研究方向篇（7）

中图分类号：G642 文献标识码：B 收稿日期：2016-01-15

近几年，国务院提出要引导普通本科高等学校转型发展。采取试点推动、示范引领等方式，引导一批普通本科高等学校向应用技术类型高等学校转型，推动它们逐步地、更多地培养应用型人才，技术技能型人才。常州工学院（以下简称“我院”）处在长江三角洲经济发展水平较高的地区，近年来用人单位对汽车类人才的需求异常旺盛，从设计到研发，从生产到维修，从整车到零部件，从保险到咨询，从物流到售后服务，整个汽车产业链上的各个环节都需要懂汽车的专业人才。为了适应经济发展和人才的需求，我院结合自身办学特点，于2005年开展汽车服务工程专业招生，目前已经培养了7届本科毕业生，有了汽车服务工程专业的办学经验，取得了举办车辆工程专业的资格。

众所周知，汽车行业既需要学术型、工程型人才，又需要在知识层面上具有实际应用能力的技术技能型人才，因此，作为培养人才的高等院校也应随着时代的进步、人才需求的变化，不断地修改教学计划，调整教学方法，改善实践教学条件，合理配置教学资源，构建出能够适应社会需求的人才培养模式以及课程体系结构。

一、应用型本科车辆工程专业的人才培养目标

高校培养人才的根本目的是为了能够让学生适应社会发展过程中的需求，实现自己的人生价值，促进社会的发展。在注重道德品质培养的前提下，车辆工程专业人才应该具备以下几个方面的素质。

1.广博的专业知识

应用型本科车辆工程专业培养的人才，需要掌握牢固的基础理论知识和广博的汽车专业知识。因为车辆工程专业属于机械类学科，因此，其基础理论知识，如高等数学、理论力学、机械原理等课程知识需要牢固掌握；另外，还要紧密联系社会上的汽车工业领域对人才的需求状况，务必使学生掌握广博的汽车专业知识，力求学生的专业知识能够实际应用到汽车各色企业中。[1]

2.综合能力的培养

只会读书的书呆子已经不适应社会的发展，大学生不仅要学习相关科学知识，更重要的是提高各方面综合能力。应用型本科车辆工程专业培养的学生务必具备分析和解决实际工程问题的能力、产品设计与创新能力、收集信息和有效利用科技文献撰写技术报告的能力、团队合作与交流能力以及表达能力等。

3.实践的技能

真理要通过实践进行检验。除具备前两个方面的素质之外，应用型本科车辆工程专业人才培养应十分注重学生的实践能力。一方面可以通过让学生参与到教师申请的各类科研项目中，锻炼学生设计并绘制产品工程图并尽可能做出实物的动手能力；另一方面，可以通过校企联合培养的途径，让学生有机会到汽车企业的一线生产基地实习一定的时间，然后再回校学习理论知识。这样的方式可以使学生将所学的理论知识和社会的实际需要紧密联系起来，激发他们的学习动力，明确他们的工作目标。

应用型本科车辆工程专业的人才培养目标，在以上第1点、第3点上要求和其他院校的车辆工程专业要求一样，在第2点的培养上，可以适当降低，譬如对产品设计与创新能力等方面的要求不需要太高，因为应用型本科强调的是直接面向和服务于生产第一线的技能型人才。

二、应用型本科车辆工程专业人才培养模式

明确了车辆工程专业的人才培养目标，就很容易确立人才培养模式。现阶段，各高校车辆工程专业人才培养模式主要包括研究开发型人才培养、技术实施型人才培养、工程管理型人才培养、产学研合作人才培养。

（1）研究开发型人才培养是指有考研志向的学生可以提前加入教研室硕士生导师的团队，提前与硕士生接触参与课题组的课题，了解硕士的学习与生活，熟悉科学研究的方式方法，激发研究兴趣，这种人才应具有广博扎实的理论基础知识、较强的科学研究和技术开发能力。[2]

（2）技术实施型人才培养、工程管理型人才培养、产学研合作人才培养方案是指那些对生产实际感兴趣的学生，通过学校与校企合作对象之间的沟通与协调，由工厂为他们提供实践的机会，或参与工厂的实际问题解决，使学生提前感受到生产岗位的实际情况，学以致用，进而在后续学习中可以针对生产中遇到的情况结合学校的教学资源，进一步巩固和提高自己的专业技能水平和专业能力，实现知识学习与技能培养相结合、课堂教育与岗位实训相结合、职业素质与专业能力相结合、校内基地与企业现场相结合。这些模式培养的人才应具备多学科工程背景知识、较强的企业管理意识和综合组织能力，能根据市场经济杠杆原理，实现最佳的企业经济效益；应具有广博的专业知识及较强的动手能力，具有较扎实的专业技能，直接面向和服务于生产第一线。

重点高校师资力量雄厚，各方面条件都要优越于应用型本科高校，因此应当对研究开发型人才进行重点培养；而应用型本科院校则要集中力量对管理型人才以及一线技术型人才进行培养。为了适应时展的需要，综合考虑我校处在长三角经济发达地区，占据着绝对的地理优势，有大量的汽车类企业可以给学生提供就业机会，因此，我校开设的车辆工程专业把人才培养目标主要定位在培养从事生产第一线的汽车工艺工程师、汽车零配件设计工程师和汽车企业管理工程师等技术实施型和工程管理型人才，并采取校企合作的模式进行培养。

三、应用型本科车辆工程专业课程设置

为了实现车辆工程专业的培养目标，并且与前面所提及的人才培养模式相吻合，专业课程设置就尤为重要，它不仅是整个教学环节的核心，并且对学生知识结构的形成、学生的就业以及个人一生的发展都将产生很大影响。既然应用型本科最注重的是应用技能的培养，课程设置就沿着提高学生能力，毕业后能直接服务于汽车企业为主线，我校根据人才培养目标的要求，经过专业论证和专业组的讨论，遵循学校教学计划的指导意见，主要按以下几个模块进行设置，如表所示。[3]

四、结语

我校车辆工程专业刚刚起航，在人才培养方面，我们要主动适应汽车产业飞速发展的需要，扬长避短，根据外部环境的变化，做到与时俱进，适时、适度地调整本专业的课程体系设置，努力培养出适合本校特色的、满足社会需求的复合型汽车人才。

参考文献：

车辆工程的研究方向篇（8）

[中图分类号] G642.44 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）10-0163-03

一、概述

2010年6月上海工程技术大学成为教育部第一批61所“卓越工程师教育培养计划”实施高校，城市轨道交通车辆工程专业方向成为试点专业方向之一。“卓越工程师教育培养计划”的核心就是培养学生的工程实践能力和创新能力，这是我国的一个新的人才培养模式，需要在实践中不断探索、完善和提高，其中校外实习则是该新型人才培养计划实践教学内容的重要组成部分。[1]

校外实习的实施过程是一个系统工程，涉及校外实习基地的建设以及与实习基地建设相匹配的实习模式、实习课程内容体系、实习教学方式、校外实习师资队伍等多个方面。[2]上海工程技术大学城市轨道交通学院在校企双方共同努力下，在校外实习基地建设、师资培养等多方面取得了一定的成果。但是随着校外实习建设不断深入，需要进一步建设提高校外实习基地教育质量和内涵。本文即根据目前城市轨道交通车辆工程专业校外实习的现状，总结目前该专业在校外实习过程中存在的主要问题，并根据本专业实习基地现状等条件，提出了针对本专业校外实习主要问题的解决方案，为其他相关院校相关专业校外实习提供借鉴。

二、城市轨道交通车辆工程校外实习现状

目前，我国由于城市轨道交通行业的迅速发展，各地相继成立城市轨道交通车辆工程专业，以培养专业的车辆工程人才。而建立城市轨道交通车辆工程专业的校外实习基地主要依靠各整车制造及运营企业，且基地发展仍处于初级阶段。在2005年1月，上海工程技术大学与上海地铁运营有限公司（现上海申通地铁集团有限公司）组成产学研合作战略联盟，共同成立国内第一家以专门培养城市轨道交通专业人才为主的城市轨道交通学院。[3]学院在成立10年左右的时间里，在校外实习基地建设中取得了一系列成果。

（一）构建了校企战略联盟的办学机制

以上海工程技术大学与上海申通地铁集团有限公司合作办学实体为基础，企业提供必要的资金、师资、产学研基地，为教学实施、教师挂职锻炼、科研和学生实习、实训与就业提供支持。形成三级的校企联合机制：校企之间的、领导之间的宏观调控；各系与分公司之间专业交流；专业课教师与现场工作人员之间的交流。这种校企战略联盟的办学机制为城市轨道交通车辆工程专业校外实习基地持续运作提供了机制保障。[4]

（二）依托产学联盟，建立了城市轨道交通车辆系列特色校外实习基地

城市轨道交通车辆校外实习基地，坚持科学发展观，做到校企共建，资源共享，优势互补，自主研发，整体规划分步实施，近年来学校和上海申通地铁集团紧密合作，建设了一系列特色鲜明的实习基地：车辆分厂维修保养基地，目前承担着城市轨道交通车辆工程专业大部分的校外实习；上海地铁龙阳路基地，基地目前承担着城市轨道交通车辆专业学生基础实习的任务；九亭大修实习基地，目前承担着车辆工程专业生产实习的任务。

（三）创建了教师企业挂职机制

学院借助校企合作办学的共建平台，把教师挂职锻炼作为培养教师的一项制度，有计划的分批派遣教师前往地铁公司挂职至少半年以上。目前为止，城市轨道交通车辆工程共有12人次教师进入上海申通地铁集团公司相关部门进行为期半年以上的挂职锻炼。通过挂职，使教师将现场企业工程知识融入课堂教学，教学内容更加丰富，教学效果明显改善。

三、目前校外实习存在的主要问题

目前城市轨道交通车辆工程专业校外实习基地建设为校外实习项目的开展提供了有利的机制保障和完善的硬件条件。但城市轨道交通车辆工程专业校外实习的具体实施是一项系统工程，需要校企双方密切合作，且无任何先例可供遵循，存在较大瓶颈问题亟待解决，因此要进行大量的摸索实践。

（一）传统的实习模式制约城市轨道交通车辆工程卓越人才培养质量的全面提高

城市轨道交通车辆工程专业实习通过不同的实习内容采用不同的实习模式。如城市轨道交通认识实习多采用传统的“参观型”实习模式，而城市轨道交通车辆生产实习则主要使用“跟岗型”实习模式，这些传统的实习模式受企业安全因素的考虑，学生绝大多数在实习中仍然为“参观者”，无法真正成为实习的“实践者”，极大束缚了校外实习的发展，无法满足城市轨道交通车辆工程专业“卓越工程师教育计划”实施的内涵建设需要。

（二）现有校外实习基地内容体系亟待优化

针对已建成的校外实习教学基地以及正在建设中的实习基地，初步实现了校外实习基地的目标体系规划，以及针对目标体系的内容规划。但随着基地建设的推进，以及基地使用中出现的新问题，还必须不断探索，进行基地实习内容体系的优化。同时，激发学生创新思维是实习基地的另一重要功能。实习基地不仅给学生提供了实习的场所，还必须使学生掌握运用所学的知识解决各种实际问题的能力。而目前现有实习基地内容规划中缺少对学生创新能力培养的相应内容，亟待完善。

（三）现有师资队伍无法深入进行校外实习环节的学生指导工作

目前城市轨道交通车辆专业虽然拥有一支学历、年龄、学缘结构较好的师资队伍，且专职教师全面参加了城市轨道交通相关企业的挂职锻炼过程，对现场工程应用等有了一定的了解，能够胜任针对现场特点进行校外实习的设计、管理工作，但实际操作能力较弱，只能辅助指导校外实习环节，而无法深入的指导学生进行具体的实践活动，因此现有师资队伍很难满足城市轨道交通车辆工程校外实习环节的需求。

综上分析，目前城市轨道交通车辆工程专业的校外实习不但在实习模式、实习内容、师资队伍的建设上存在问题，还在一定程度上制约了城市轨道交通车辆“卓越”人才的培养。

四、解决方案

通过本专业校外实习基地调研及分析存在问题可知，以城市轨道车辆校外实习基地为平台，以“卓越工程师培养计划”实施目标为引领，突破现有“参观型”和“跟岗型”实习模式，真正使学生进入“实践型”的实习模式，提升学生的工程实践能力和创新能力，对满足城市轨道交通车辆工程“卓越工程师培养计划”的要求具有重要的意义，同时也是一个非常迫切的任务。针对轨道交通车辆工程专业校外实习存在的瓶颈问题，项目拟从以下三个方面解决。

（一）整合城市轨道交通车辆工程已有及在建实习基地资源，构建多层次的实习模式，从而形成适应卓越工程师培养要求的全新校外实习模式

城市轨道交通车辆工程专业根据其培养目标经过不断优化，确定了城市轨道交通基础实习、城市轨道交通车辆认识实习、城市轨道交通车辆生产实习三个层次的校外实习课程。首先从目前已有校外实习基地，进行深层次实地调研，总结各自在发挥实习功能方面特点，从而进行各类实习模式、实习内容、可容纳实习人数分析，得出各实习模式的可行性分析结果。对目前三个层次的校外实习课程，进行对应的实习模式研究，构建多层次的实习模式，研究在学生低年级实习课程――城市轨道交通基础实习中，如何在延续“参观型”实习模式的基础上增加部分“实践型”环节，增强学生的实习兴趣及感性认识，而针对于城市轨道交通车辆专业的专业实习――城市轨道交通车辆认识实习及生产实习，需要着重研究及设计出专用的实习场地、实习工器具、实习设施及设备，建立学生真正能够实际动手操作的“实践型”的全新校外实习模式。

（二）以城市轨道交通车辆工程“卓越工程师培养计划”目标为导向，着力打造集综合性、设计性、创新性于一体的校外实习内容体系

城市轨道车辆工程专业校外实习内容体系的构建主要贯穿于校外实习的整个过程。设计城市轨道交通车辆工程专业实习内容体系的设计首先以城市轨道交通车辆工程“卓越工程师培养计划”目标为导向，并针对企业各实习基地的特点，进行全方位的实习内容体系的优化。在城市轨道交通基础实习及城市轨道交通车辆认识实习中，以原理性及验证性的内容为主，而在高阶段的城市轨道交通生产实习中，除设计企业实际操作的技能型内容外，还需着重设计具有“综合性”、“设计性”、“创新性”的内容，这些内容的设置及实施将有助于学生综合利用多门专业课的多个知识点，培养发现问题及解决问题的创新思维及实践能力，最终优化及完整城市轨道交通车辆工程专业校外实习内容体系。[5]

（三）以提升教师工程应用及实践能力为导向的城市轨道交通车辆工程专业校外实习师资队伍建设方法研究

在校外实习中的师资队伍建设主要集中在两个方面：首先需要对学校教师进行培养，以适应校外实习环节的指导。拟解决该问题的方法是通过已有的企业挂职锻炼机制，让教师进入企业进行学习，打破以往教师去企业了解工程应用知识，并不注重提高教师的实际操作能力，无法进行全程实习指导的旧机制，而项目研究则使教师以实际工程应用及实践动手能力为导向，以适应在新的实习模式及实习内容下对学生进行全方位企业实习指导的需要。其次，需要将企业专业工程人员引入校外实习指导环节，同时在企业导师的选择上，研究将企业“创新工作室”的首席研究员队伍引入教师队伍，以满足新的实习内容设计性及创新性的需要。通过这两方面校外实习师资的培养和补充，最终能够满足城市轨道交通车辆工程校外实习师资队伍建设的要求。

五、总结

城市轨道车辆专业校外实习在进行人才培养过程中起着重要的作用，但受到校外实习基地建设、实习基地管理模式、实习内容体系、校外指导教师多方面的影响。因此在明确其培养目标的前提下，除了进行实习基地建设外，还需细致进行所对应的实习模式、实习内容体系、实习教师培养等多方面的建设，以达到卓越人才培养的需要。

[ 注 释 ]

[1] 黄诗君，阳林，章争荣.工科专业校外实习基地的建设与实习新模式研究[J].广东工业大学学报（社会科学版），2014（4）：52-55.

[2] 方守湖.校外实习基地建设的探索[J].实验室研究与探索，2002（4）：134-135.

车辆工程的研究方向篇（9）

National Bureau of Statistics of the People's Republic of China. China Statistical Yearbook（2013）. Traffic accidents statistics（2012）[DB/OL].[2013-09-22].http：///tjsj/ndsj/2013/indexch.htm. （In Chinese）

[2] 吴沫， 安向京， 贺汉根. 基于视觉的车道跑偏检测方法研究及仿真[J]. 中国图像图形学报， 2007， 12（1）： 110-115.

WU Mo， AN Xiang-jing， HE Han-gen. On vision-based lane departure detection approach[J]. Journal of Image and Graphics， 2007， 12（1）： 110-115.（In Chinese）

[3] 肖献强， 王其东， 潘盛辉. 基于视觉及 TLC 概念的车辆跑偏检测方法研究[J]. 汽车工程， 2010， 32（1）： 77-80.

XIAO Xian-qiang， WANG Qi-dong， PAN Sheng-hui. A study on lane departure detection method based on vision and TLC concept[J]. Automotive Engineering， 2010， 32（1）： 77-80. （In Chinese）

[4] 王建强， 迟瑞娟， 张磊， 等. 适应驾驶员特性的汽车追尾报警-避撞算法研究[J]. 公路交通科技， 2009， 26（S1）： 7-12.

WANG Jian-qiang， CHI Rui-juan， ZHANG Lei， et al. Study on forward collision warning-avoidance algorithm based on driver characteristics adaptation[J]. Journal of Highway and Transportation Research and Development， 2009， 26（S1）： 7-12. （In Chinese）

[5] ARINO M. ITS policy in Japan and smartway[R].Tokyo：ITS Policy and Program Office， 2007： 1-14.

[6] 王庞伟， 余贵珍， 王云鹏， 等. 基于滑模控制的车车协同主动避撞算法[J]. 北京航空航天大学学报， 2014， 40（2）： 268-273.

WANG Pang-wei， YU Gui-zhen， WANG Yun-peng， et al. Cooperative active collision avoidance algorithm based onsliding mode control[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics， 2014， 40（2）： 268-273. （In Chinese）

[7] 常促宇， 向勇， 史美林. 车载自组网的现状与发展[J]. 通信学报， 2008， 28（11）： 116-126.

CHANG Cu-yu， XIANG Yong， SHI Mei-lin. Development and status of vehicular ad hoc networks[J]. Journal on Communications， 2008， 28（11）： 116-126. （In Chinese）

[8] CAVENEY D. Cooperative vehicular safety applications[J]. Control Systems， IEEE， 2010， 30（4）： 38-53.

[9] 谢伯元， 王建强， 秦晓辉， 等. 基于车路协同的车辆状态估计方法[J]. 汽车工程， 2014， 36（8）： 968-973.

XIE Bo-yuan， WANG Jian-qiang， QIN Xiao-hui， et al. Vehicle state estimation based on V2I system[J]. Automotive Engineering， 2014， 36（8）： 968-973. （In Chinese）

[10]田晶晶， 李世武， 孙文财， 等. 基于车路协同的动态车辆安全状态评价模型[J]. 哈尔滨工业大学学报， 2012， 44（4）： 131-135.

TIAN Jing-jing， LI Shi-wu， SUN Wen-cai， et al. Evaluation model of dynamic vehicle safety status with car-way synergy[J]. Journal of Harbin Institute of Technology， 2012， 44（4）： 131-135. （In Chinese）

[11]谢建平. 基于多车协作感知的主动安全技术研究[D].上海：上海交通大学电子信息与电气工程学院， 2009：2-15.

XIE Jian-ping. Research on active safety based on multi-vehicle collaborative perception[D].Shanghai： School of Electronic Information and Electrical Engineering， Shanghai Jiao Tong University， 2009：2-15. （In Chinese）

[12]朱唯奕. 基于GPS技术的车辆安全性研究[D].镇江： 江苏科技大学机械工程学院， 2012：10-16.

ZHU Wei-yi. Research on vehicle safety based on GPS technology[D].Zhenjiang： School of Mechanical Engineering， Jiangsu University of Science and Technology， 2012：10-16. （In Chinese）

[13]张建国， 李红建， 刘斌. 基于 DGPS 和 GIS 的自动驾驶车辆精准定位系统构建[C]// 第八届中国智能交通年会.合肥： 2013：28-33.

ZHANG Jian-guo， LI Hong-jian， LIU Bin. The construction of precise positioning system based on DGPS and GIS for automatic driving vehicle[C]// Eighth China Intelligent Transport Conference.Hefei： 2013：28-33. （In Chinese）

[14]李旭， 张为公. 基于联邦滤波的智能车辆多传感器组合导航的研究[J]. 中国机械工程， 2008， 19（12）： 1446-1451.

LI Xu， ZHANG Wei-gong. Research on multi-sensor integrated navigation technique based on federated filter for Intelligent vehicle[J]. China Mechanical Engineering， 2008， 19（12）： 1446-1451. （In Chinese）

[15]付梦印， 邓志红， 张继伟. Kalman滤波理论及其在导航系统中的应用[M]. 2版. 北京：科学出版社， 2003： 82-84.

FU Meng-yin， DENG Zhi-hong， ZHANG Ji-wei. Kalman filtering theory and its application in navigation system[M]. 2nd ed. Beijing： Science Press， 2003： 82-84. （In Chinese）

[16]周兵， 徐蒙， 范璐. 低附着路面电动助力转向控制策略[J]. 湖南大学学报： 自然科学版， 2015， 42（2）： 29-34.

车辆工程的研究方向篇（10）

运行的列车以一定速度通过结构时将引起结构的振动,而结构的振动反过来又 影响 着列车的振动,随着列车速度的变化,结构将会出现不同的振动情况.国内外学者对列车通过车站桥时所应起的振动作了大量而有价值的研究,而对轻轨列车运营所引起车站的振动以及乘客在车站内舒适度的研究比较少.本文以重庆跨座式轻轨高架车站为研究对象,进行了轻轨列车过桥时的车桥空间耦合振动响应分析,着重研究了列车速度变化时对车站桥的挠度、乘客在站台、站厅和楼梯上的舒适度分析.对该车站桥的竖向与横向刚度做了评价.

1 计算方法和舒适度评价指标

规划中的重庆快速轨道 交通 线路有3条,即一、二、三号线,它们组成了重庆市东西、南北方向十字交叉的快速轨道交通 网络 . 目前 在建的二号线,自较场口沿嘉陵江岸至新山村,全长约17.6km.根据城市特点,重庆的轨道交通方式选择为跨座式单轨交通,多数线路高架,其中还有数座车站高架.高架车站的站厅、站台及连接站厅和站台的楼梯与跨座式单轨车辆运行的轨道梁一起支撑于共同的桥墩上.车站桥的动力性能和车辆经过时桥上人员的舒适性,是设计时应考虑的重要因素.

列车—车站桥空间耦合振动分析模型是由车辆计算模型、车站桥计算模型按一定的轮轨运动关系联系起来而组成的系统.车辆通过桥梁时的振动系统涉及车辆、轨道及桥梁3部分.因轨道系统的振动相对于车辆及桥梁来说,其振动频率要高得多,因此研究中通常忽略轨道本身的振动[1].

1.1车辆移动荷载列模型

当车辆通过桥梁结构时,即使静力荷载也将引起结构的内力与变形随时间变化,这种由于静的移动荷载引起的振动称为静力脉动.当一列荷载的变化周期与结构系统的振动周期满足一定关系时,结构系统的振动将出现峰值.

1.2车站桥计算模型 1.3车桥振动方程及求解

荷载列分析模型可采用有限元法求解,该方法的通用性强,对不同的结构形式可以建立相同的计算式,而且可以处理具有复杂结构形式及复杂截面构成的桥梁结构.车站桥的运动方程,写成矩阵形式如下:

[Mb]{¨ub}+[Cb]{.ub}×[Kb]{ub}={Pb} (1)

式中:[Mb]、[Cb]和[Kb]分别表示车站桥的质量,阻尼和刚度矩阵,{ub}、{.ub}和{¨ub}分别表示车站桥结构自由度的位移、速度及加速度列向量,{Pb}是过桥车辆作用于车站桥各自由度的荷载列向量,它是在桥上车辆的振动状态(位移、速度及加速度)的函数.采用分离的车辆与车站桥振动方程,两者之间通过迭代求解,以车辆轮对与桥面钢轨之间的相互作用力迭代结果的相对误差小于允许误差作为收敛条件,在每一时间步长内运用了Newmark-β积分格式.

1.4舒适度评价指标

随着生活水平的提高,人们对乘车环境的要求越来越高,振动舒适性 问题 更显重要.目前,有关舒适度评价标准的舒适度指标有很多种[1、3],但国际国内还没有统一的指标.本文研究的是当车辆经过时引起的车站桥的振动通过人体支撑面传递到人体后(即全身振动)人体的舒适度问题,经综合评价,采用的是日本国营铁路的舒适度标准[3].

2计算结果及分析

分析中考虑因轻轨列车进站和出站而导致的车站振动,得到站厅、站台和楼梯的振动响应,根据动力响应对站厅、站台和楼梯处的舒适度进行评价.在计算过程中,考虑了轻轨列车以不同的车速、上行进出站、下行进出站及上下行同时进出站等工况.计算的速度工况为:40km/h、50km/h、60km/h、70km/h和80km/h,共5种速度工况,进出站工况为:上行进出站、下行进出站和上下行同时进出站3种工况,总的计算工况为:3×5=15种工况.

2.1自振特性

车站桥的自振频率在很大程度上反映其刚度的大小,即反映了结构的动力特性.因此, 研究 车站桥动力特性的首要 问题 便是准确地 计算 车站桥的自振频率及各阶频率对应的振型特点.表1为该车站桥前5阶自振频率计算结果及相应振型特点,图4为计算机给出的车站桥第1~5阶频率的振型示意图.从表1与图4可以看出:该车站桥的前几阶振型主要表现为轨道梁的横向振动. 2.2车站桥振动响应计算及 分析

以下给出袁家岗车站桥的车致振动分析结果,共有40km/h、50km/h、60km/h、70km/h和80km/h5种速度工况,行车工况有:上行进出站、下行进出站及上下行进出站.袁家岗车站桥在站台、站厅及楼梯位置处的纵向、横向及竖向加速度最大值见表2.

由表2可见,袁家岗车站桥在纵、横、竖3个方向都是站台层的加速度值最大,而其中数值最大的竖向加速度值为0.0127g.

根据表2,参照日本国营铁路的舒适度标准,袁家岗车站桥的站台、站厅和楼梯各部位的舒适度系数均在1.5以下,即舒适度分级均为“非常良好”,即该车站桥的舒适度等级是满足要求的.

各方向加速度值均较大的站台层最大纵向、横向和竖向加速度所在位置处的加速度时程及同一位置处的相应位移时程(动位移)如图5所示.

由图5可见,结构的纵向动位移最大,这是由车辆进、出站时的制动和启动引起的,但最大动位移值仅为3mm左右,这表明结构在移动车辆荷载的动力作用下各个方向的刚度都是足够的.从加速度和位移的时程曲线上看,随着车辆的出站,结构振动将很快地衰减,没有出现振动放大现象.

3结 论