Traffimatics——智能车辆高速公路管理系统

要解决交通难题并非是简单地建造道路,而是需要最佳的交通策略。特别是最佳的交通控制将需要许多基础设施的支持,比如道路传感器(感应线圈)。交通信息如何被无缝地收集并被发送到其他的道路参与者和交通控制中心?Traffimatics项目即研究在开放的远程通信结构基础上构建大规模车辆网络的可行性。     

基于实测荷载的铁路钢桁梁桥疲劳可靠性评估

为了对钢桁梁桥疲劳进行评估,引入可靠性理论,提出了基于实测荷载的桥梁疲劳可靠性评估方法。根据某铁路钢桁梁桥实测车辆荷载数据,建立了随机车辆荷载模型。并在考虑车辆荷载随机性的基础上,结合Monte-Carlo法与有限元,分析了钢桁梁桥构件疲劳应力谱,计算了构件疲劳可靠性随时间的变化,并探讨了车辆荷载及荷载效应变异性对构件疲劳可靠性的影响,最后采用β约界法与静力分析法对钢桁梁桥系统疲劳可靠性进行了研究。结果表明,基于随机车辆荷载的构件疲劳应力谱呈现单峰分布;构件疲劳可靠性随运营时间的增加而减小;车辆荷载的增长及荷载效应变异性的增加对构件疲劳可靠性影响较大,当车辆荷载增长率和等效应力变异系数分别增加到5%时,构件疲劳寿命大幅减小;β约界法结合静力分析法可快速确定钢桁梁桥失效模式,桥梁系统疲劳寿命小于构件疲劳寿命。总的来看,基于实测荷载的钢桁梁桥疲劳可靠性评估方法能有效地利用监测数据,对桥梁疲劳评估具有良好的适用性。     

多传感器融合技术在低成本车辆组合导航定位系统中的应用

采用多传感器信息融合技术，运用位置/航向的输出校正和元件参数误差的补偿校正的方法，利用一阶马尔可夫模型建立了传感器参数的误差模型，提出了基于集中卡尔曼滤波的GPS/INU车辆组合导航算法。仿真结果表明上述方法是行之有效的。     

两系非线性悬挂车辆的运行稳定性与分叉

本文选取两系具有滞后非线性悬挂的车辆为目标，建立其数学模型和运动微分方程，用常微分方程稳定性理论对车辆蛇行运动进行理论分析，并应用分叉理论研究了整车在蛇行失稳后的动力学行为，得出蛇行运动的分叉解及稳定判据，得到防止车辆蛇行运动的充分条件，并研究了系统参数对临界速度的影响、分叉解振幅及稳定性的影响，为车辆设计和参数选取提供依据。     

车-桥系统耦合振动响应的简便计算

依据振动理论推导出了二自由度模型车辆与桥梁系统竖向耦合振动微分方程，采用模态分析的离散化方法，将复杂的偏微分方程问题转化为变系数常微分方程问题，并将微分方程数值积分的Runge-Kutta方法引入到该时变系统的振动响应计算中，使复杂的耦合响应问题得到简便的解决。通过算例验证了该方法的有效性和简便性。该方法只需要直接数值积分，具有公式简单，编程方便，计算速度快等优点，特别适合于工程实际问题的计算，并且不仅适用于匀速运动车辆，也适用于变速运动车辆。     

铁路车辆/轨道耦合系统在竖向冲击载荷作用下动态响应的计算机模拟研究

车辆与轨道的动态相互作用,是铁路轮轨接触式运输系统中最基本的问题之一,它直接制约着铁路运营速度的提高和运载重量的增加,也影响着铁路安全运行。本文采用有限元方法,对我国C61型运煤货车,按照车辆/轨道系统的实际几何形状、材料性质和边界条件建立了包括车辆和轨道系统的有限元模型,应用大型非线性动力分析程序LS-DYNA3D来模拟车辆通过轨道错牙接头时的轮/轨动态响应过程。计算结果表明车轮和轨道之间的竖向动态接触力大约是静轮载的2倍,与已有的现场试验结果基本吻合。因此应用有限元方法研究车辆/轨道耦合系统是可行和可靠的。     

轨道结构随机场模型与车辆-轨道耦合随机动力分析

将轨道结构视为一个参数随机系统,提出并建立了轨道结构的随机场模型.利用车辆-轨道耦合动力学的基本方法,将轨道系统有限单元模型与多刚体车辆模型相结合,建立了考虑铁路线路参数空-时随机变化的车辆-轨道动力计算模型.算例表明:所提出的方法较为可靠且高效;线路参数随机性对车辆-轨道系统的动力响应有明显的影响,随线路参数离散程度的增加,可能造成行车不安全、轨道损伤加剧等一些问题.     

路径约束条件下车辆行为的时空演化模型

复杂地理环境下车辆运行线路具有空间三维特征, 它对车辆行为的约束是显然的, 非一维空间和二维空间所能描述. 将复杂地理环境下车辆运行线路抽象为空间曲线, 引入微分几何理论, 利用弧长、曲率和挠率等几何不变量参数建立沿空间曲线运动的Serret-Frenet活动标架; 然后, 对空间曲线上任意一点处Serret-Frenet标架具有时变属性的动态行为进行数学描述, 进而建立路径约束条件下车辆行为的时空演化模型, 并在数学上严格证明了所建时空演化模型适用于车辆(Serret-Frenet标架)直线运行和做匀速圆周运动的特殊情形. 为后续复杂地理环境中交通线路上的车辆跟驰、变道等微观行为和交通流宏观行为研究, 奠定了理论基础.     

不确定环境下基于改进萤火虫算法的地面自主车辆全局路径规划方法

针对地面自主车辆的特点,提出了一种基于改进萤火虫算法(Glowworm Swarm Optimization,GSO)的路径规划方法.首先利用GSO覆盖多个局部最优解的能力,一次生成多条规划路径;然后提出两种路径切换算法,分别用于调优和脱困.在通过路径交叉点时,调优切换算法对交叉路径进行重新评估并切换到较优路径,最终达到实际行驶路径的最优化.在遇到环境发生改变时,脱困切换算法通过启发式搜索快速切换到适当路径,重用了原搜索结果,避免了二次规划.通过大量的仿真实验及实际试用,证明了所提方法的可行性和有效性.     

智能车辆动力学模型辨识与自主控制

针对试凑法优化控制参数困难、控制精度不高、控制律环境适应性差的问题,对智能车辆的动力学模型和自主控制进行了研究.在地面车辆实验中,通过给小车施加伪随机序列舵控信号,使得小车的行驶状态被充分激励;在获得充分激励的小车速度、位置、姿态、横摆角速率状态后,利用系统辨识方法建立了智能小车动力学模型;在动力学模型的基础上,设计了小车自主驾驶控制律.跑车试验表明所提模型的预测结果与测量结果具有较好的一致性;控制仿真结果表明,设计的控制律能够保证小车完成预定轨迹自主驾驶.