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原文传递基于多体系统动力学的重型车辆货物运输状况建模及应用研究

论文题名：	基于多体系统动力学的重型车辆货物运输状况建模及应用研究
关键词：	货物运输;重型车辆;多体系统动力学;车路耦合;冲击响应;行驶安全
摘要：	目前，重型车辆的大型化运输已成为我国货物运输的主要方式之一。重型车辆运输系统的发展，一方面提高了货物的运输效率，降低了货运成本;另一方面却在车辆重载、货物损伤、行驶稳定性与安全性以及对道路线形设计一致性要求等方面亟待改善。针对这些焦点问题，本文以重型车辆货物运输过程中的动力学响应特征为研究对象，通过ADAMS/Truck和MATLAB/Smulink创建闭环“智能速度控制-重型车辆-货物包装-道路几何线形”系统(ITGRS)作为试验平台，从多体系统动力学和车路耦合的角度，重点分析了重型车辆货物运输过程中包装系统的振动与冲击响应和道路几何线形设计缺陷对行驶安全的影响机理。论文提出的ITGRS平台，在规范和指导货物安全运输、道路线形设计和交通运行安全等方面具有重要的实际意义。　　论文以多体系统动力学理论为基础，分析了多刚体模型和多柔体模型的建模理论和数值求解。详细地说明了重型车辆建模、货物包装模型和道路几何模块的特征参数和建模方法，为深入分析ITGRS集成系统的动态特征提供了可靠的理论依据。　　在ITGRS集成系统中，基于智能模糊算法的MATLAB/Smulink和ADAMS/Truck联合控制仿真，可以精确地模拟驾驶员像驾驶真实汽车一样，有效地操纵ITGRS模型中的速度控制模块，从而保证了ITGRS集成系统中控制模块的可靠性，为探究各种复杂试验状态下的行驶动力学特征奠定基础。　　为了保证ITGRS集成系统能够准确的反映实际环境下该系统的鲁棒性和有效性，本文通过相同边界条件下的实车试验，对创建的ITGRS集成模型进行了不平度路面和弯道路面环境下的振动与冲击校验，为进一步分析货物包装系统的脆值谱响应、交通运输安全和道路线形设计一致性评估提供可靠的试验平台。　　应用创建的ITGRS为试验平台，在探究道路几何线形特征对包装系统的振动与冲击响应时，首先，选取了典型的矩形凸块路面、斜坡路面、三角形凸块路面、正弦波路面和随机不平路面为输入激励，以不平度路面的特征值为关键参数，通过非线性回归方法推导出在不同道路类型激励条件下，路面不平度特征参数对货物运输安全的脆值响应函数。其次，以JTG B01-2014《公路工程技术标准》中规定的设计速度与最小半径、最大纵坡、最大超高的对应关系为参数设置，绘制了弯道处包装系统的侧向加速度构成的三维脆值边界特征谱。获得的路面不平度脆值响应函数和三维脆值边界特征谱可为重型车辆货物安全运输提供重要的参考依据。　　最后，以重型车辆运行速度、曲线半径、最大超高、最大坡度、路面摩擦系数为ITGRS系统激励，以此获取重型运输车辆在弯道处的动力学响应特性——侧向加速度、横摆加速度、轮胎路面耦合侧向力、车辆运行状态与轨迹。通过量化不同响应特性的安全余度，为道路交通安全分析和三维道路平曲线最小半径设计一致性评价提供一种有效与可视化的研究方法。
作者：	李培庆
专业：	交通运输工程
导师：	何杰
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文