智能转向架

关键词： 转向架 潮流 汽车 人们

智能转向架（精选十篇）

智能转向架 篇1

进入21世纪, 随着科技的发展和人们生活水平的提高, 汽车早已走进了千家万户, 甚至已经开始成为一种时尚与潮流。越来越多的人拥有了汽车, 越来越多的人爱上了汽车, 人们已不仅仅满足于汽车所带来的方便, 而是逐渐地在汽车性能良好的基础上, 更青睐于追逐汽车的安全性与舒适度。

然而, 由于夜间行驶光线不足, 照明状况较差, 特别是在弯道行驶时, 由于传统技术中的汽车照明装置 (主要包括前照灯、前侧灯、雾灯等) 均固定在车体上无转动功能, 因此当汽车转向时, 灯光与行进方向相差一定角度, 汽车在弯路方向上缺乏侧向照明灯光, 只能依靠微弱的散射余光摸索前进, 照明范围很小 (如图1左) , 造成驾驶员无法观测到该方向的路面状况, 存在安全隐患, 容易造成交通事故。据高速公路交通事故统计, 夜间交通事故次数占交通事故总数的40%左右, 而且死亡事故约占整个事故总数的60%。

针对这种情况, 在汽车照明研究领域里, 出现了一种汽车智能随动转向照明系统, 通常被称作AFS系统。AFS系统能够根据汽车方向盘角度和车辆偏转率, 不断对大灯进行动态调节, 适应当前车头的转向角, 保持灯光方向与汽车的当前行驶方向一致, 以确保对前方道路提供最佳照明并为驾驶员提供最佳可见度 (如图1右) , 在路面无 (弱) 灯或多弯道的路况中, 扩大了驾驶员的视野, 对迎面来车也是一种超前的提示, 从而显著增强了黑暗中驾驶的安全性。

但是, 这种先进的汽车照明装备, 在国产轿车中很少见到, 只有宝马545i、330i等高档车型上装有, 而且价格非常昂贵。

值得欣慰的是, 近来我们惊喜地发现, 汽车智能随动转向照明系统已经开始在越来越多的国产品牌轿车上出现, 如东风雪铁龙的凯旋、广州丰田的凯美瑞和东风日产的新天籁等, 而且技术日趋成熟, 逐渐具备了结构简单, 性能可靠, 制造工艺简单, 自动化程度高等优点。

二、系统分析

目前上市的配有汽车智能随动转向系统的车型中, 其基本的工作原理都是相近的。即当方向盘偏转时, 安装在转向机上的信号采集器采集信号, 把采集的信号传输给车载微型电脑进行分析处理, 车载微型电脑处理完成以后, 把处理好的信号以电信号驱动形式传输给执行元件, 并结合方向盘与车速感知信号, 实现灯组的转向控制。其基本工作流程图如图2所示。

实现随动照明有很多种方式, 一般我们分为灯组随动转向和附加灯组两大类。

1、灯组随动转向

灯组随动转向即汽车前照灯可以根据汽车行驶方向而进行8°～15°的偏转, 像宝马545i、330i等绝大多数配有AFS系统的车型均采用这种照明方式。在方向盘进行转向操作时, 方向盘同轴带动的电位器的电阻阻值发生变化, 电阻阻值与方向盘转过的角度是一一对应的。车载微型电脑通过采集电阻阻值的变化, 经计算处理后, 即转化为车灯照明角度的变化。

为了使灯组达到同步随动转向, 可以采用直流电机或是步进电机作为执行元件, 而传动部分则可以选用齿条传动, 链传动或同步带传动等多种传动方式。最后由转向轴将各个部件连接起来。

一般而言, 直流电机转矩大, 稳定性好, 但精度相对不足;步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号, 它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度 (称为“步距角”) , 它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量, 从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度, 从而达到调速的目的, 可以作为一种控制用的特种电机, 利用其没有积累误差 (精度为100%) 的特点, 广泛应用于各种开环控制, 但步进电机的转矩相对不大, 不适宜用于转矩需求较大的场合。

齿条传动, 链传动和同步带传动三者各有千秋, 总体而言, 齿条传动啮合性好, 无相对滑动, 但容易受到空间限制, 对于不同的车型还要设计相应结构的齿条来装入车内;链条传动则容易发生相对滑动, 精度不是很高;同步带与带轮之间是靠啮合传递运动和动力, 故同步带与带轮间无相对滑动, 能保证准确的传动比, 且便于控制、结构简单, 误差小, 同时具有了带传动, 链传动和齿轮传动三者的优点, 因此, 经笔者反复比较, 认为同步带传动是这三者中最佳的选择。

转向轴的设计是由已确定的部件 (传动类型、电机、车灯) 的尺寸来确定。要通过转向轴把这些部件连接起来, 达到同步转向的目的。

由于在转动的过程中, 系统会存在微小的回程差, 为了保证转向精度, 因此增加一个零位检测装置为佳, 当主动转向轴转回到零点位置时, 会把信号传递到车载微型电脑, 车载微型电脑通过处理信号后输出脉冲信号给电机, 停止电机的转动, 使转向轴回到零点位置, 这样提高了转向精度与可靠性。

2. 附加灯组

日前, 有一种简捷方便的随动照明方式悄然诞生了, 那就是用附加灯组实现随动转向照明, 而且效果也非常不错, 可以说是另辟蹊径, 撑起了一片自己的天地。这种具有弯曲灯光效果的照明装置的工作原理相当简单:若车速低于70km/h并且已打开了转向灯或转动了转向盘, 那么将有一个附加的前照灯被打开, 提前照到弯路状况 (如图3) 。

目前东风雪铁龙的凯旋等车型已开始采用这种附加灯组的方式来实现随动转向照明, 性能比较可靠, 成本也比较低廉, 反响相当不错, 可以说是一种“聪明的大灯”。

三、流行将成为趋势

在中国, 汽车智能随动转向照明系统有着巨大的发展空间和市场前景。实际上, 厂商的每一次介绍和宣传都对自动转向前照灯的普及起到了促进作用。曾经是BMW 5系的独有技术, 如今已经开始悄悄酝酿着普及到更多车型中。

专家指出, 自动转向前照灯要想成为标配, 还需要进一步降低成本, 并在车主安全意识方面下功夫, 但自动转向前照灯流行必将成为趋势。

相信假以时日, 经过进一步改进和完善的汽车智能随动转向系统将在机动车照明领域闯出一片广阔的天空, 让每一位驾驶者都拥有一双燃亮黑暗的“火眼金睛”!

参考文献

[1]王文斌, 等.机械设计手册:第2～3卷[M].北京:机械工业出版社, 2004

智能转向架 篇2

作为中国第一智能手机广告平台的多盟（Domob）也重磅推出了国内首创SDK（4.0版本）信息流视频广告。此举意味着多盟继在行业内首创插屏、开屏、富媒体等广告形式后，又一次开辟了国内移动广告形式创新的先河。

本次报告的重要发现如下：

移动互联网改变媒体接触习惯和接触方式，智能手机上网平均时长4.7小时

据了解，截止2012年12月底，中国移动互联网市场产值达到了712.5亿元，较2011年增长82.8%，预计2013年增长率为47.4%，市场产值将超过1，000亿元。在如此快速增长的市场产值下，移动营销的价值越来越突显。

本次大会上，由华通明略（Millward Brown）及多盟（Domob）共同发布的《智能手机APP广告营销价值》报告显示，中国消费者在智能手机上花费的时间约占22%，比美国消费者高10%，智能手机已是消费者多屏生活的重要组成，71%用户每天使用智能手机上网4次以上，高于PC电脑使用率。由于不受时间、地点、场合的限制，社交、娱乐和信息查询时，人们更倾向使用智能手机，用户使用智能手机上网时长为4.7小时（PC电脑上网时长4.8小时），但使用智能手机上网频次和场合多于其他媒体。

调查显示，70%用户表示比过去半年使用智能手机时长增加，而传统媒体使用时长在减少，57%用户认为自己看电视时长减少，55%用户认为自己看杂志时长减少。

手机APP广告关注度超PC Banner40%，

广告主瞄准移动广告平台

移动互联网在未来两三年将呈现3倍以上的增长趋势。数据表明，2012年中国手机应用商店已超过100家。 在全球范围内， App Store的应用数量已超过100万，2012年全球移动应用商店收入约363亿美元。由于具有高度的精准营销和较强的交互营销能力，智能手机APP广受青睐。

报告中提到，手机APP广告的平均可见、扫视、关注都显著高于一般的PC Banner广告，其中关注的比例超过40%，是PC Banner的2倍。APP广告的平均注视时长接近1秒，达到PC Banner的6倍。一天中，每种APP人们使用频次平均超过2次，这为APP广告多频次触达用户提供基础。

多盟发布国内

首创SDK（4.0版本）信息流视频广告

继Facebook、Twitter等国外知名企业相继推出信息流视频广告之后，作为中国第一智能手机广告平台的多盟也紧随行业发展的潮流趋势，在峰会上重磅推出信息流视频广告。

“智能手机广告形式丰富，包括开屏、插屏、banner类型。“多盟COO张鹤介绍，此次多盟发布的SDK4.0信息流视频广告，将支持信息流类APP的变现解决方案，多盟的方案是结合技术创新和中国市场的产物，用户在刷新内容时，在APP顶部展示“品牌广告内容”。这种广告形式在调研中深受广告主的喜爱，也将对用户浏览内容的打扰降到最低，为中国本土的众多品牌企业找到更合身的解决方案。

据了解，多盟作为移动广告平台的行业领军者一直遵循这几点，在创立三年以来不断突破自我研发出多种广告形态。先有插屏再有开屏再到富媒体广告等等，创造出多个行业第一，积累大量媒体资源的同时更得到了众多广告主的认可，未来也将会更好的服务于各类品牌广告主。

智能转向架 篇3

在我国, 铁路机车的大灯采用固定方式, 安装在机车的头部。机车大灯的光束与机车前进的方向一致, 不能左右偏转。因此, 当机车运行到铁路弯道时, 大灯的光束会沿弯道切线方向射出, 不能始终照射在轨道的中心线上, 形成弯道内侧照明盲区。司机无法观察到安全距离范围内的情况, 存在重大安全隐患。机车大灯智能转向控制系统的研究及实现将能有效消除转弯时的视觉盲区, 大大提升行车安全。

1 系统的工作原理及分析

由于机车在行进至弯道时, 机车的前大灯与铁路存在夹角, 其示意图如图1。

图1中:A点为机车的位置, B点为弯道的起点。由图可见当机车行进至A点位置时, 前大灯只能照在C点, 而不能使光束落到前方200 m处的铁道上的D点, 所BD弧段为照明盲区。如果控制系统能够在机车进入弯道前的某个适当的时机, 提前得知前方弯道的距离和半径以及机车的速度, 就可以计算出前大灯和机车的夹角θ, 从而调节机车前大灯的方向, 使前灯准确地落在D点。

以往, 存在多个相关的发明专利和自动转向控制装置。这些专利和控制装置大都采用检测机车转向时的向心力或机架与车体的夹角来控制转向灯, 向心力和机架与机车的夹角均只反映机车目前的状况, 而不能测得机车前200 m的状态, 存在原理性的偏差。因此在应用中不能满足实际的需要。

另外, 随着GPS实时定位技术的应用越来越普及, GPS技术在机车大灯智能转向中的应用也在逐步开发研究。然而这需要将列车的运行线路公开化, 这对于国家铁路列车运行图的保密性来说是不允许的。其次, 我国的北斗双星定位还不能满足要求, 这就需要国外的GPS实时定位。然而一旦出现战略性问题, 定位数据信号可能会被封锁, 控制系统也将失去作用。再者, GPS接收机在接收信号时受到隧道、山区、气象等环境因素的限制。还有就是由于机车的快速运行导致信号传输滞后所造成的误差对控制的影响也比较大, 所以将其应用在机车大灯智能转向中是不能完全满足要求的。

该智能转向控制系统是基于列车运行图基础之上的, 充分利用机车计算机的信息化优势, 通过接口电路和软件能够在机车进入弯道前的某个适当的时机, 提前得知前方弯道的距离和半径以及机车的运行状态数据, 通过采用AVR系列单片机作为主控芯片的伺服控制, 依据事先建立的大灯运行的数学模型, 进行专家自适应控制, 计算出大灯转动的角度、转动的速度、运行的滞后时间以及脱离弯道时相应参数, 适时控制前大灯的转向, 保证前大灯照在控制要求的范围内。

该系统接收上位机发送的机车运行信息数据主要包括列车的当前速度、当前公里标以及运行线路的弯道方向、弯道半径、弯道开始公里标、弯道结束公里标、隧道开始公里标、隧道结束公里标。在控制过程中将这些参数赋给控制程序中的变量, 参与计算。在计算过程中, 由于知道机车的当前公里标, 就可以在机车行进至上述图中A点位置时, 根据上位机提供的列车运行图参数弯道半径、弯道开始公里标、弯道结束公里标等计算出计算出前大灯和机车的夹角θ, 然后根据步进电机的步距角和细分数可以计算出步进电机需要走的步数N, 另外需要根据列车的当前速度以及AB间的距离可以计算出步进电机走过N步需要的时间, 从而设置步进电机转动的速度、加减速等, 再者就是根据机车运行线路的弯道方向来确定步进电机的正反转, 从而控制前大灯的左右转动。

由于该系统是建立在列车运行图基础上的, 所以可以做到提前预估, 即在机车进入弯道前的某个适当的时机, 控制前大灯的转向, 但是由于机车的运行速度是一个动态的参数, 故机车走过AB间的时间也是一个估算值, 再加上系统从上位机获取机车运行信息数据、处理数据、输出脉冲、驱动步进电机都需要时间, 所以系统在时间上的误差也是需要考虑的。这就需要对这些时间做预测估计, 然后在调试中通过软件程序的控制来减小这些误差。

2 系统的硬件结构及分析

该系统的硬件结构主要包括AVR单片机控制系统、伺服驱动器、步进电机、涡轮蜗杆传动机构和旋转大灯架等, 如图2所示。

图2中, 机车前大灯是控制系统的对象, 步进电机通过涡轮蜗杆传动机构控制前大灯体做水平±6度的转动, 保证机车前方100 m处有±10 m的光束调整范围。AVR单片机控制系统被作为下位机来适时接收上位机发送的机车运行信息数据, 通过编写的控制程序计算出前大灯需要转动的角度、转动的速度, 然后发脉冲信号给伺服驱动器, 从而控制步进电机的启动、停止和加减速等。同时也要将前大灯的旋转位置信号反馈给上位机。

由于考虑到我国铁路上下坡的坡度都不是很大, 所以该系统在硬件上将大灯的上下转动设计成可调的, 但不是智能控制的。故该系统只控制大灯在二维平面内做水平转动, 暂不考虑三维的情况。

3 该系统获取机车运行信息数据的方法

该系统作为下位机主要通过串口根据通讯协议从机车的主控计算机即上位机获取机车的当前运行状态以及列车运行图的相关参数。具体硬件连接是在机车的主控计算机接口上扩展一块P型通讯板来供下位机采集数据。如图3所示。

通讯方面电气接口采用带光电隔离的RS485通讯, 半双工、双线制, 通讯速率为9 600 b/s。

上位机采用循环广播方式发送数据, 不断广播最近的一条弯道与最近的一条隧道数据给下位机。机车驶过弯道、隧道后没有新的弯道、隧道数据的, 则上位机仍然发送最后一次发送的历史数据。

下位机在上位机发送完毕后的70 ms内完成数据的组织、回送工作, 70 ms内发送不完的, 需要自行终止发送, 另外, 下位机必须判断上位机是否处于正常工作状态, 在非监控状态时, 发送的数据无效。

4 系统的应急安全措施

从安全性和可靠性的方面考虑, 一旦该系统出现故障不能正常工作, 需要使大灯自动转到正中央, 保证光束直射前方。为此, 我们设计了手动复位系统, 该系统包括一个单片机控制系统, 左右限位开关和零位开关。当主控系统系统不能正常工作时, 按下手动复位按钮, 此时将自动切断主控系统工作电源和输出, 切换到复位系统。单片机控制系统会发脉冲信号给伺服驱动器, 从而驱动步进电机, 此过程中当选转支架碰到左右限位开关中的任何一个电机就会自动反转, 直到碰到零位开关时电机停止, 从而保证大灯光束最终直射前方。

5 结束语

本文对机车大灯智能转向控制系统的原理、硬件结构以及通讯进行了详细的分析。该系统采集机车运行信息准确、快捷、安全, 系统可靠性高, 而且控制灵活, 操作方便。经过试验调试已经取得了良好的效果。研究意义方面, 由于目前铁路的提速, 使曲线上列车运行速度越来越快, 列车夜间在曲线上的运行安全越来越引起重视, 因此该智能转向控制系统的研发对铁路运输安全起到非常重要的作用。

摘要：针对铁路机车的大灯自动转向的需要, 设计了一种基于列车运行图的大灯智能转向控制系统。介绍了该系统的原理及硬件结构, 以单片机控制为核心, 实现对大灯转向角度的提前预估和适时控制, 使大灯始终照在轨道的中心线上。

关键词：列车运行图,智能转向控制,单片机控制

参考文献

[1]吴双力, 崔剑, 王伯岭.AVR-GCC与AVR单片机C语言开发.北京:北京航空航天大学出版社, 2004

[2]成都铁路局科学技术研究所.铁路机车前照灯自动转向装置.中国专利:200520034508.X, 2006-7-19

[3]马潮, 詹卫前, 耿德根.Atmega8原理及应用手册.北京:清华大学出版社, 2003

[4]孔凡才.自动控制系统.北京:机械工业出版社, 2003

城轨列车转向架发展方向探讨 篇4

关键词：城轨；列车；转向架；研究

随着我国科技的进步和经济水平的发展，城市的规模和范围也随之扩大，城市中的人口数量也不断加大，交通出行的距离增长和人数的增多，导致交通拥挤的现象更加严重。与此同时，城市轨道交通运量大、运行速度快，正好满足了现代化城市的发展需求，是一种集约化交通出行方式，具有占用空间少、节约土地资源、运量大、安全舒适等特点，是以后城市交通出行的必然选择。城轨列车运行的安全性是最受人们关注的，城轨列车是一种非常复杂的系统，若其中一个环节出现问题则必然会导致严重的后果。转向架是城轨列车中最关键的部分，所承载的重力巨大，且受到接触应力的重复作用，容易导致断裂等问题的发生，我国对于城轨转向架的研究和试验也起步较晚。所以，转向架的设计研究是满足城轨列车性能优越、技术水平高、价格适中的关键问题。

1 城轨列车转向架的基本要求

1.1 安全性方面

城轨列车转向架首先要考虑的条件就是安全性能问题，城轨列车的运营在安全问题上必须要达到一定的高度。在设计转向架时必须要确保不超出列车运行限界、较小的轮轨冲击作用，充分考虑到列车运行的安全性。根据国家对城轨车辆的相关安全性标准，城轨列车的转向架必须要满足规定的脱轨系数、轮轴横向力、轮重减载率等要求，此外，在设计转向架的同时要考虑到转向架自身的要素，转向架的各个部位必须要符合设计条件，并且要达到设计所规定的寿命时长。[1]设计转向架必须能保持蛇形运行的稳定性，同时要充分考虑到轮轨之间的相互作用，使得轮轨的磨耗为最小。

1.2 平稳性方面

一般情况下，测量车体的某些部位的震动加速度，计算平均值就可得出平稳性的指标，一般测量的部位是在城轨列车的地板上或者底架上面，除此之外还要确定测量的方式以及测量需要的装备。就目前来说国家对测量的标准还没有统一的规定，但是根据地下轨道车辆的技术条件规定，平稳指标不能超过2.5。由于城轨列车与其他交通车辆相比具有一定的特殊性，比如说，车辆在运营中载荷量在不断变化，并且大多数的乘客是站立的，所以用以上的规定来测量必定会有较大误差，就存在不标准性，而铁路车辆震动舒适性相关标准可提供一些参考，这些标准对震动的测量部位、测量方法也有一定的介绍，对测量的方法和评价需要的数据都有相关的规定，评价的方法有两种，一种是简化法，另外一种是完整法，这两种方法都可以计算平稳性和舒适度。

1.3 互换性方面

在城市轨道列车中的转向架可以分为动力转向架和非动力转向架，在满足设计的标准之外，还应该满足互换性的要求，比如说在同一类型的城轨车辆中，所有的动力转向架可以互换，同时所有的非动力转向架也可以互换，无论是动力还是非动力都要尽可能的在结构上设计相同。在同一类型的城轨车辆中，功能相同的构架都可以互换，并且所有的动力转向架的电机和齿轮箱也可以实现互换。

1.4 噪声方面

城轨列车不同于传统的交通工具，现已经包含了地面、地下以及高架上三种线路，所以城轨列车的噪声不消除，不仅仅影响的是乘客，同时也会对周围的环境造成一定的影响。所以在城轨列车的噪音方面也做出了一定的规定。

2 城轨列车转向架的功能

转向架是城轨列车的主要系统，它可以起到支撑车体的作用并且传递载荷，能够承受车体的自重且能够使轴重均匀的分配，转向架同时也可以保障车辆运行的安全性，能够灵活的沿着线路运行，减少了运行的阻力和一定的噪音，提高车辆运行的速度。[2]转向架传递牵引力，并且具有缓冲的作用，可以缓和震动与冲击，提高乘客乘坐的舒适性，在车上安装特定的减振装置，可以使得城轨列车具有很好的减振效果。

3 城轨列车转向架的未来发展

转向架是城轨列车系统中的关键配件，转向架的发展对未来城市交通运输起到很大的作用。转向架有效的解决了车辆行驶的稳定性和曲线性的矛盾，转向架轻量化设计是未来发展的一大趋势，随着自重的减轻可以节省牵引力、减小轮轨冲击、减少车轮的磨损，有利于车辆的维修和保养。转向架虽然是城轨列车上很小的装置，但却起到至关重要的作用。现在我国在城轨列车转向架的研究方面以及技术水平已经达到了一定的高度，但在转向架自动驾驶、自动故障诊断、自动故障预警等方面仍处于起步阶段，将是未来城轨列车转向架研究的重点方向。

4 结束语

近年来，随着经济水平的与日俱增，城市化的发展也随之加快，加剧了城市交通拥挤的局面，城市轨道交通的出现能够有效缓解城市交通拥堵的状况，城轨列车的运营解决了很大一部分人的出行压力，成为人们出行最受欢迎的选择。现在人们更加关注安全问题，城轨列车载客量大、承载重力大，必须把运行安全性放在首要位置，转向架是城轨列车中最重要的部件，它具有保障列车运行安全性、舒适性、稳定性的作用，同时能够降低列车运行时的噪音，减少对周围环境的噪音污染。现在我国在城轨列车转向架的研究方面以及技术水平已经达到了一定的高度，但在转向架自动驾驶、自动故障诊断、自动故障预警等方面仍处于起步阶段，将是未来城轨列车转向架研究的重点方向。无论过去还是现在，转向架的设计一直是不拘一格的，在形式和结构上都有很多的类型，但最终都是为了人类文明事业的进步而发展。

参考文献：

[1]李智泽.门架式转向架铰接式列车结构及动力学性能研究[D].西南交通大学，2014.

智能转向架 篇5

今天, 高级威胁和0day攻击正变得肆无忌惮, 因为他们能高度规避检测, 传统的基于特征的防护渐渐力不从心, 安全防护思路和架构的转变已是大势所趋, 从基于已知威胁的防御转变为基于未知风险的预防, 这一转变需要更加智能的安全思路才能实现。

国际权威分析机构Gartner认为, 今天的安全技术正在经历着一个根本的变革 (paradigm shift) , 从被动的以威胁为核心的技术向主动的以风险为核心的方向转变。安全管理也从一个花钱耗力的成本中心变成一个安全意识的教育中心。

传统基于威胁的安全模式失效

在IT应用迅速变革的今天, 一分钟之内可以发生多少事情?在QQ空间上有14万图片被下载, 在新浪微博上有9.54万次微博被发出, 在淘宝网上有8300次交易在进行, 在朋友网上有6000对朋友相识。

然而, 令人担忧的是, 随之而来的危机无处不在。今年5月, 雅虎2200万用户的信息被窃取, 4月, 有一个恶意病毒让一家石油公司的记录全部消除, 在花旗银行已经发生过36万帐户被窃取。

今天的种种攻击事件, 越来越多地与隐蔽的、持续的高级威胁 (APT) 相关, 它们对攻击目标造成损失是令人难以承受的。山石网科市场副总裁张凌龄表示, 随着这一类攻击的扩散, 传统的基于威胁的安全模式不再有效。

在传统的基于威胁的安全模式下, 安全系统是先确定需要防范的威胁类型再有针对性地去防范:对病毒和木马文件传输, 有防病毒解决方案;对基于网络的应用层攻击, 有IDS/IPS解决方案方案;针对新的攻击类型, 则通过向检测规则数据库中添加IPS规则。

“然而, 面对由APT威胁和0day攻击带来的未知风险, 你根本无从先行判断攻击是什么, 就更别谈对其进行防御。”张凌龄表示, 这样一来, 从流量中查找行为特征来判断攻击发生与否的新技术渐行渐近, 安全模式也开始从被动的、基于威胁的模式 (仅关注威胁, 处理已知威胁) 转向主动的、基于风险的模式 (将资产、威胁及漏洞都纳入考虑范围, 能处理未知威胁) 。

未知威胁检测需求逐渐升温

在这种以风险管控为核心的安全模式中, 实时监控和早期检测变得非常的重要, 安全界需要更加智能的新技术, 能够在网络正常运行时也能实时检测到变化, 从这些变化中发现潜在威胁并在威胁真正发生之前阻止它。

“这就需要一种技术, 能够在正常的网络活动中发现‘变化’, 找到攻击或者入侵的早期征兆, 从而实现我们中国人所谓的‘防范于未然’。”山石网科产品副总裁王钟表示。

这样的观点得到业界认可。Gartner研究总监张毅指出。传统基于威胁的防范技术正在向基于风险的防范技术转变, 智能安全将成为未来网络安全领域的新主题:互联网是企业运营甚至国家运转的重要平台之一, 企业的网络安全环境面临严重考验, 层出不穷的各种威胁给网络使用者带来困扰, 企业无法承受因安全问题带来的巨大损失。

“如何提前预知安全威胁存在, 如何在损失发生之前控制安全威胁, 是企业用户重点关注的问题, 预计未来将有十分广阔的市场。”张毅表示。

防火墙产品通常是企业保证网络安全的措施之一, 通过核心的过滤技术, 对已知的危险进行防范。但依据上述分析, 随着企业对网络安全要求的提高, 提前防范风险已经成为一种趋势, 也就是要求下一代防火墙在危险真正发生前就要有所预警, 具备“智能”功能。

众所周知, 防火墙产品从上世纪九十年代至今, 历经系统架构和软件形态的多次革新, 从最早的基于包过滤的防火墙到状态监测防火墙, 到今天下一代防火墙 (NGFW) 的崛起。

那么, 下一代防火墙该如何具备“智能”功能?

打造下一代“智能”防火墙

在王钟看来, 下一代智能防火墙就是在准确、深度辨识用户身份、服务器和应用的基础上, 对其进行长期监控;分别以全网健康指数对网络健康状态打分;以行为信誉指数对用户及服务器状态打分, 然后对“高危”人员或者“高危”服务器实行相应的预警或者有效的控制。

以对用户行为信誉度打分为例, 比如说发现某一用户有大量非法下载, 使用网络扫描工具, 并且多次重试服务器密码等行为, 这些关联的事件会影响该用户在网络中的信誉分数。他的这些行为会引起管理员的警觉。

王钟认为, 下一代智能防火墙是基于风险的安全解决方案, 优于增强型下一代防火墙, 通过持续监控、收集和分析流量及可用性数据, 主动查找可能影响网络运行的异常行为和潜在的网络问题。基于信誉的访问控制将健康状态和风险级别与访问级别关联起来, 通过感知到的风险动态调整访问级别, 可以降低企业网络和服务的运营风险。

“我们以前瞻性的思维把握住了这个新主题。”张凌龄表示, 山石网科结合国内企业级用户的安全需求, 把智能安全与下一代防火墙完美结合, 成功在今年6月份发布了下一代智能防火墙T5060, 将“智能”与“防火墙”相结合。

据王钟介绍, 下一代智能防火墙的技术愿景要真正实现需分为三个阶段完成:第一阶段以实现全网的健康状态的检测和监控为核心;第二阶段, 实现对用户、服务器及服务的行为信誉监控, 并且通过关联分析对僵尸网络、异常行为及APT攻击做预警和报告;第三阶段, 将在监控和报告的基础上, 实现动态的策略调整和控制。

智能转向架 篇6

1 原理

智能车系统主要实现在不同赛道上对方向和速度上的控制, 经典的PID算法调参过程太过复杂而且不足以应对变换的赛道。利用合理的路径判断和PID模糊控制器实现PID参数的自整定, 在智能车控制中大大缩短了调参时间且较好的应对了智能车行进过程中不断变换的路径状况。

将模糊控制与常规的PID控制相结合, 用模糊控制器实现PID参数的在线自动最佳整定, 就构成了模糊式PID自整定控制器。模糊控制器用以实现PID参数自整定的方法有两种:一种直接将模糊控制器构造成具有PID控制功能, 另一种则用模糊监督器完成PID参数的在线修正。

至于用模糊控制器作为监督机构调整PID控制器的参数, 一般是根据比例系数、积分时间和微分时间对误差及误差变化的不同作用, 由误差及误差变化来调整参数;也可以由误差及响应时间来调整参数, 如此便于充分考虑在响应的不同时段三参数所起的不同作用。

模糊自适应PID控制系统由一个传统PID控制器和模糊控制环节组成, 将输入给定信号与反馈信号进行比较得出偏差信号, 将偏差信号分为两路, 一路直接进入PID控制器, 另一路和它的变化率一起进入模糊控制环节, 得到参数校正值, 自动校正初始的PID参数最后用校正后的参数输入PID控制器得到控制量。

模糊控制器输入变量为舵机位置转角的偏差和偏差变化率, 输出变量为PID控制校正参数。为了减少计算量, 采用查表法, 通过推理计算得出一个模糊控制表, 当需进行控制时, 根据偏差和偏差变化率得出当前时刻的校正值。

2 算法

模糊控制表的建立方法。

2.1 模糊化

首先根据实验得到一个Kp、Ki、Kd、的范围, 以Kp为例, 为[1, 100], 预设值为10, 则变化范围[-9, 90] (小于-9, 大于90的作为临界值处理) , Kp的误差, 语言变量为E。

E的论域E={-6, -5, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}。相应的语言值NB, NM, NS, ZO, PS, PM, PB。

E的变化率EC范围为[-10, 10], 论域EC={-6, -5, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}。相应的语言值NB, NM, NS, ZO, PS, PM, PB。

△Kp范围为[-10, 10], 论域EC={-6, -5, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}。相应的语言值NB, NM, NS, ZO, PS, PM, PB。

2.2 确定各模糊变量的隶属度函数类型

选用离散型的简单的三角形隶属度函数, 一般原则为:形状越陡, 分辨率就越高, 模糊控制的灵敏度就越高;相反, 形状越平缓, 分辨率就低, 控制性能就越平稳。所以在误差为零的区域内, 采用高分辨率, 在误差较大的区域选择分辨率较低的隶属度函数, 使系统获得好的稳定性。

隶属度函数如下:

2.3 建立模糊控制规则

通过依据长期积累的技术知识和实际操作经验, 对系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态精度等各方面总结, 采用合成推立法:当E偏差很大时, 为使系统具有较好的快速跟踪性能Kp应该取大一些, 而为避免造成微分溢出Ki应取小一些, 同时为避免系统超调, 应对积分作用加以限制通常Kd取零值;当偏差E为中等大小时, 为减小系统超调应减小Kp, 这时Kd的取值对系统的影响较大, Ki的取值要适当;当偏差E较小时, 为防止超调过大产生振荡, Kp应减小, 为使系统尽快稳定, 消除系统的稳态误差, 提高控制精度, Ki应增大综合考虑系统的抗干扰能力和系统响应速度应使Kd适当取值。用模糊语言变量可表示为:

2.4 确定模糊推理算法

采用最常见最简单的曼丹尼极小运算法来确定模糊关系。

如此, 得到49个模糊关系RI (I=1, 2, …49)

总的模糊关系R=R1∨R2∨…∨R48∨R49

R为模糊关系矩阵, “∨”表示取大。

控制输出△Kp= (E×EC) 。R, “×”表示求值积, “。”为合成运算符, 采用最大—最小合成法。

2.5 查询表的建立

按照上面的合成推理方法, 分别计算不同模糊变量值输入组合情况下的各个输出值, 获得模糊控制查询表。

3 C语言代码

程序代码里面只要根据模糊控制查询表, 就可以由输入的E、EC判断出输出的EKp。

4 结语

PID参数自整定的方法最大的优点就是极大的缩短了人工判断整定三个参数的时间。依靠对赛道类型的判断, 可以迅速的找到合适不同类型赛道的最佳参数, 而且能够对同种类型赛道的变化实时调整, 保证参数每时每刻都是最佳的。从而能够实现智能车转向的稳、快、准。

摘要：本文以飞思卡尔智能车比赛为例利用MC9S12XS128单片机控制的智能小车路径识别系统, 研究智能车最优的控制算法。PID自整定的方法是对传统PID控制的改进, 采用模糊控制器实现对PID参数的自整定, 快速准确的对智能车进行转向控制。

关键词：模糊控制器,控制,智能车PID自整定

参考文献

[1]杨向忠.模糊控制理论与应用[M].西安:西北工业大学出版社, 2004.

[2]于秀丽, 王大志.模糊自适应整定PID控制系统.沈阳, 工业学院学报, 2004.

[3]高宏岩, 王建辉, 孙盛骐.一种建立模糊控制查询表的简单方法和程序, 电脑与信息技术, 2003.

转向架构架的强度评价 篇7

自1955年正式引进焊接结构转向架构架至今已达半个世纪之久, 但直到现在, 防止疲劳损伤的发生仍然是一个重要课题。虽然每当发现疲劳损伤就推测其原因并研究防止措施, 但有时还不是十分正确, 此类信息有时也不一定众所周知。同样的损伤仍反复发生, 通过对近30年间疲劳损伤状态及强度评价的实际状况等进行调查的结果来看, 发生损伤的原因主要有以下几点:

(1) 存在熔合不良 (即焊不透) , 有焊瘤等焊接缺陷; (2) 焊接时考虑不周的设计问题;

(3) 设计载荷和实际载荷不吻合;

(4) 应力测点数量不足, 并对交变应力的把握不充分;

(5) 长期使用不切实际的强度评价方法, 由于钢材缺陷 (夹渣、麻点、铸件气孔) 及焊板焊缝的存在, 包括诱发少有的损伤实例因素在内, 可归纳为设计制造方面的问题。

把握特定损伤起点及其状态对改善设计制造以及强度评价很重要, 如果排除少见的实例, 则损伤起点可分为:

母材部:形状突变部分, 粗糙表面。

焊接区:外侧焊缝边缘部位、内侧焊缝边缘部位、根部。

图1是正交T形焊接区损伤示意图。焊接根部往往成为损伤起点, 主要表现在无焊接垫板的单侧焊接区。所有这些起点都有必要做强度评价, 但传统的普通强度评价方法是不可能做到的。

(涂黑部分:焊接区断面)

2 传统的强度评价及其存在的问题

2.1 传统的强度评价

为了掌握载荷的传递路线、应力、位移、刚度等, 考虑到载荷与梁以及补强板等的厚度、断面形状、尺寸等, 第一阶段的强度评价根据有限元法 (FEM) 、力学计算等方法进行。过去类似的转向架构架在制造时有时会省略强度评价。

转向架构架在生产后根据JIS E 4207《铁道车辆-转向架-转向架构架设计通则》以及JIS E 4208《铁道车辆-转向架-载荷试验方法》, 通过载荷试验进行第二阶段的强度评价。试验时, 在载荷设定的前提下, 选定应变片的粘贴位置很重要。关于载荷方面, 确定装在横梁上附属件的质量是非常重要的。确定应变片的粘贴位置通常要参照以前的损伤案例和以前的贴片位置, 以及参考FEM分析结果所得到的应力分布和载荷传递线路等。由应变片的测试值, 根据JIS E 4207, 按照计算公式算出平均应力以及最大交变应力。虽然原则上载荷试验应该在焊接工作全部结束之后进行, 但由于生产过程的关系, 实际上管支座等零部件的焊接大多在载荷试验之前进行, 今后有必要进行改进。

在载荷试验中, 最大交变应力多数情形下和运行时的最大交变应力值不一致, 此外, 在载荷值设定不正确的情况下, 都会因错误的评价导致损伤的发生, 有必要开展第三阶段的试验研究工作。为了在掌握实际发生交变应力的同时掌握实际工作载荷, 运行试验要充分接近实际使用的状态。由于在实际运行试验时, 对载荷试验时的所有应力测点都进行测试是不可能的, 所以只能在主要测点以及在载荷试验时发现测试值接近临界值的必要测点处测试其交变应力。另外, 应当注意的是, 若在载荷试验时换算出的最大交变应力值超出了限度, 为了确认该测点的实际应力值而进行的运行试验和在这里所提到的实际运行试验意义是不同的。

将运行试验测定的最大交变应力值和用载荷试验算出的平均应力值, 绘于JIS E 4207的应力极限图中, 如果位于应力极限图内, 则评价该测点的应力值没有问题。在不能进行运行试验的情况下, 可根据载荷试验的最大交变应力值代替运行试验测试值进行评价, 但是不可避免地降低了精度。

2.2 存在的问题

根据JIS E 4207进行强度评价, 存在的主要问题如下:

(1) 关于焊接区, 可以对图1所示的外侧焊缝边缘部位和打磨部位进行评价, 但对位于内侧焊缝边缘部位、根部及梁、管支座内侧的焊接区无法进行评价 (审校者注:无法贴应变片) , 而且只能简单处理多种接头形式的焊接区;

(2) 虽然母材的应力极限图对轧钢材的机械加工面是适用的, 然而对用自动气体切割形成的断面等粗糙面却不适用;

(3) 不能评价寿命;

(4) 不能评价铸钢件;

(5) 要评价的母材部、焊接区以及选定应变片的粘贴位置都靠设计者人为决定, 这显然存在弊端。例如, 在运行过程中几乎没有载荷作用的构件焊接区往往是不进行评价的, 但事实上, 在焊接区由于部件材料的变形而产生应力, 有时仍会发生损伤现象。

综上所述, 对大多数测点的测试结果根据JIS E 4207进行强度评价, 即使被评价为“没有问题”, 事实上并没有得到充分的评价。

3 强度评价的改进

应当改善长期以来使用不完善的强度评价方法的现状, 日本铁道综合技术研究所研究了应对2.2节第 (1) ～第 (4) 问题的解决措施。在研究中既考虑了损伤实例, 又考虑了焊接区各位置以及母材部的应力集中。

对于用JIS E 4207不能评价的2.2节第 (1) 项的焊接区根部问题, 根据多次疲劳试验确定了2种判定曲线, 即“焊缝边缘部判定曲线”和“根部焊接金属判定曲线”。根据这些曲线和经运行试验得到的焊接区附近的平坦母材部位的交变应力值的对比结果, 确定了新的评价方法。该方法不仅适用于图2所示的多种接头形式焊接区应作强度评价的位置, 而且对2.2节第 (2) 个问题中的母材粗糙面情况也适用。关于2.2节

第 (3) 项所论述的寿命评价问题, 按上述方法, 根据累积损害就可以预测出疲劳寿命。为了验证上述方法的正确性, 于1998年—1999年, 对DT22、DT33等旧型转向架构架的应力进行了运行测试。这类转向架构架以往多次发生损伤, 结果表明上述方法能够用于说明损伤实例。

(箭头指处。涂黑部:焊接断面;斜线:焊道)

至于2.2节第 (4) 个问题, 基于铸钢件的疲劳试验结果, 做成与JIS E 4207相似的应力极限图, 就可以对铸钢件进行强度评价。

解决2.2节第 (5) 个问题有必要引用以下措施:

(1) 整理过去的损伤实例[1]并共享信息;

(2) 根据有限元法等掌握载荷传递路线以及焊缝上的应力分布情况;

(3) 将转向架构架的应变片粘贴位置标准化;

(4) 对包括过去被视为没问题部位的所有母材形状变化部和所有焊接区的内外侧都进行强度评价, 根据应力测试值明确标注“没有问题”的根据。

4 结束语

20世纪90年代生产的转向架构架, 由于焊接质量不理想以及强度评价不科学而产生损伤, 以至于出现通过更改设计重新生产构架, 以替代受损伤的构架的现象。担负设计制造责任的厂家进行可靠的强度评价并保证焊接质量, 从而杜绝损伤的发生, 这不仅会提高车辆的运行安全性, 而且对减轻铁道工作者的负担也是很有意义的。

摘要：介绍了新设计、制造转向架构架及其焊接部位的强度评价方法。

关键词：转向架构架,强度,评价,日本

参考文献

辅助导向转向架的开发 篇8

提高既有线铁道车辆的曲线通过性能, 对于缩短列车到达时间是非常有效的措施。为提高车辆的曲线通过性能, 降低轴箱和转向架构架之间的轴箱纵向定位刚度, 以充分利用轮对的自导向功能是一条有效途径。但是, 降低轴箱定位刚度将导致车辆直线运行稳定性的恶化。确定轴箱定位刚度时要考虑应用状况, 兼顾直线运行稳定性和曲线通过性能。为了进一步同时兼顾直线运行稳定性与曲线通过性能, 使车辆通过曲线时的车轮沿着曲线的切线方向运行, 从而降低轮轨横向力的径向转向架就应运而生。

2 轮对的特性与蛇行运动

普通铁道车辆转向架装用将左右2个车轮固定在车轴上的整体轮对, 且车轮带有锥度。这样的轮对在钢轨上滚动时, 轮对若沿横向产生位移时, 接近于钢轨侧的车轮以较大的滚动直径与钢轨接触 (图1) 。由于左、右车轮以同样转速在钢轨上滚动, 直径 (指与钢轨接触的踏面锥度大的部分) 大的车轮向前方运动得快。结果, 横向产生了位移的车轮通过自身的旋转, 绕轨道中心侧改变滚动方向, 转向架上作用有复原力, 使之返回轨道中心, 转向架的这种功能称为自导向性。在曲线段运行时, 虽说轮对一度向外轨侧移动, 可是由于转向架的导向功能, 转向架可沿轨道中心附近运行。不过, 自导向性本质上有过调节的性质, 一旦运行速度提高, 则引起自激振动, 将这种不稳定的自激振动称为蛇行运动。支承轮对的轴箱与转向架构架, 通过具有一定刚度的弹簧在垂向、横向和纵向实现弹性定位。由于这类弹簧使轮对在纵向、横向被加以约束, 可以防止低速下发生蛇行运动。弹簧刚度大的转向架, 由于定位能力强, 发生蛇行运动的速度区域也就高, 即表现为高速运行稳定性优良的转向架。

在曲线上运行时, 做圆周运动的转向架会产生离心力, 钢轨-车轮间如果不能承担抵抗离心力的反力, 车辆就不能在曲线上运行。离心力会产生向钢轨外轨侧挤压的力 (轮轨横向作用力) 。此外, 由于车轮并不是沿着轨道曲线的切线方向运行, 随着车轮的摇头必然产生横向作用力。轴箱定位刚度大的转向架以及刚性转向架, 如图2上部那样, 2条轮对相互平行, 轮对相对于曲线段的钢轨形成一个较大的夹角 (冲角) 。当存在正向冲角时, 由于轮对还向外侧钢轨移动, 将产生很大的横向作用力。基于运行安全性等问题的考虑, 希望尽可能降低轮轨横向作用力。因此, 如使轴箱定位刚度小一些, 则在轮对的自导向功能作用下, 车轮将沿钢轨方向运动, 冲角被抑制, 从而能降低转向时的横向作用力 (见图2下部) 。轴箱纵向定位刚度对转向架的自导向性能具有较大影响, 轴箱的纵向运动决定了轮对的方向。传统转向架的轴箱定位装置其纵向定位刚度被设置得较大, 这是出于车轮踏面磨损后也不产生蛇行运动的考虑。但是, 与此同时, 也成为曲线上转向架横向力增大的重要原因。一旦轮轨横向作用力增加, 则不仅难以提高车辆曲线通过速度, 而且车轮轮缘与钢轨侧面的磨耗增加, 维修成本必然升高。此外, 有时在极大横向力的作用下, 车辆可能发生脱轨, 这是有关转向架安全性方面的重要问题。

3 径向转向架的种类与特性

正如前面所述, 为提高蛇行运动临界速度, 则要求轴箱纵向定位刚度要大些, 而考虑曲线通过性能则弹簧纵向定位刚度低一些较为合适, 因此, 必须综合考虑两者之间的协调关系。能够同时兼顾曲线通过性能与蛇行运动稳定性的转向架就是径向转向架。已研究和开发的径向转向架大致可以分为3种。下面分别介绍其特点。

3.1 自导向式

使轴箱的纵向定位刚度适中, 这是考虑了更有效地运用轮对自导向能力的一种转向架。由于其结构简单, 从广义上来讲, 几乎所有转向架均具有自导向功能, 但其降低轮轨横向力的效果是有限的。

3.2 半迫导向式

半迫导向式转向架利用曲线运行中转向架和车体间的几何位移, 以及曲线通过中的超离心加速度等物理量, 借助于机构的联动动作 (如液压或杠杆) 实施导向。绝大多数利用机械连杆传递转向架和车体间的相对转角 (或称转向角、摇头角) , 从而对轮对提供导向角, 也称为转角联动径向转向架。这些转向架已经实用化, 对降低圆曲线区间的轮轨横向作用力效果很好。但转角联动径向转向架结构复杂, 有待于解决转向架制造成本和维修成本偏高, 以及转向架质量增大等问题。

3.3 迫导向式

迫导向式转向架利用作动器驱动轮对以适当地控制冲角。迫导向式转向架降低轮轨横向力效果最好, 但在控制装置失效情况下, 有可能引起逆导向动作, 出于安全性方面的考虑, 迄今尚未实用化。

有鉴于此, 本文对不使转向架结构复杂化, 同时又考虑了安全性的导向装置开展了研究。这是在日本最广泛应用的无摇枕转向架上附加导向功能的一种实现方式, 既能维持轮对本身具备的自导向性能, 又限制了最大轮轨横向力, 弥补导向力以提高车辆曲线通过性能, 称之为辅助导向装置。一旦出现逆导向时, 通过限制导向力的上限值, 从而可以使导向力处在安全范围内, 保证了导向控制的安全性。研究辅助导向装置结构时, 主要考虑避免转向架的机械结构及控制装置复杂化, 并以降低车辆在圆曲线区间上运行时的轮轨横向力为主要目标。下面介绍该辅助导向装置的机械结构, 以及在日本铁道综合技术研究所内试验线上实施运行试验的有关结果。

4 辅助导向转向架的机械结构

4.1 辅助作动器

以轴箱转臂式定位转向架 (图3) 为研究对象。转臂是连接轴箱与转向架构架的部件, 其两端插入橡胶衬套, 橡胶衬套的刚度就是轴箱定位刚度。在转臂式定位转向架的转臂上附加作动器功能, 当转向架在曲线上运行时, 如使外轨侧作动器伸展, 则外轨侧轴距被扩大, 车轮便可沿曲线切线方向前进。另外, 在研究作动器结构时, 由于作动器不能承载过大的弯曲力矩, 其机械结构是很容易实现的。由于转臂在非控制工况下是提供轴箱纵向定位刚度的重要零件, 故有必要充分考虑其安全性。

作动器是在橡胶囊 (膜盒) 中填充空气以保持气压的方式构成的 (审校者注:即气动式作动器) , 为确保安全性, 在橡胶囊中未形成气压的非控制状态下, 要求与普通转臂具有相同的弹簧刚度。对应的解决方案是与橡胶囊并联地安装弹簧, 对弹簧施加预压缩。也就是说, 作动器在承受伸长方向的外力时, 要求轴箱不得产生位移, 为此, 在结构上采用预先对弹簧施加预压缩量的方法加以实现。预压缩力在作动器工作时, 会形成阻力作用, 但从安全的观点考虑是必要的。图4为辅助作动器的断面结构。图4 (a) 是作动器利用预压缩弹簧形成收缩的状态;图4 (b) 则对应于作动器伸展的状态。轴箱侧、转向架构架侧的构件借助于圆柱橡胶导向, 伸缩时, 圆柱橡胶沿剪切方向形成弯曲。

4.2 控制器

控制辅助导向作动器的控制器, 用于识别曲线区间输出适当的导向指令。以前, 在可控摆式车辆上, 当车辆在曲线区间上运行时, 也是对作动器实施控制。具体来说, 可控摆式车辆通过预先测量的地面数据 (可参照车上的数据库) 与当前运行车辆的运行位置检测, 预测曲线区间, 进而对作动器实施控制。这一类装置需要装备车辆的信息通信装置与地面侧数据, 装置过于庞大, 其维护所需成本也高。因此, 辅助导向装置用控制器采用了较为简易的方法:车体上安装摇头速度传感器, 测量运行中的摇头角速度, 同时, 用测量的运行速度除摇头角速度, 即可算出当前车辆运行位置的轨道曲率, 由于冲角的大小基本上由曲率决定, 通过对曲率施加一定的增益, 就可以设置出辅助导向力的目标产生力。并且, 考虑到气压作动器的动作滞后, 对曲率的变化率也施加同样的增益, 一并补充到目标值中, 利用上述2个信号通道实时决定导向力。图5为辅助导向控制器的信号处理流程。这样, 就能用较简易的装置构成控制器, 其中, 必要的摇头速度传感器是最近的低价位、高性能产品, 采购方便。利用这样的机构, 实现较少滞后的辅助导向控制就成为可能。

5 运行试验结果

将整套辅助导向装置临时安装在试验车辆上进行了运行试验。安装作动器的辅助导向转向架的外观见图6, 试验在铁道综合技术研究所内的试验线上进行。由于受试验线的限制, 最高运行速度为20 km/h左右, 与被动方式 (指不装备作动器并且无控制) 进行了比较, 并验证了通过半径100 m的小半径曲线时的辅助导向控制效果。以在圆曲线区间产生的外轨侧横向作用力为考察对象, 评价了辅助导向的效果。图 7 给出了有、无导向控制时横向作用力的差异, 并给出了作动器的工作状况。圆曲线区间是图7中阴影围成的部分。由图7可知, 实施辅助导向控制时, 轮轨横向作用力整体上得以降低。在无导向控制情况下, 外轨侧与内轨侧横向作用力均较大, 而通过辅助导向可使轮对在曲线段面向适当的方向运行, 内轨侧轮轨横向作用力降低, 与其对应的外轨侧横向作用力也得以降低。试验车辆运行过程中几处地方都出现了轮轨横向作用力峰值, 可认为是由轨道不平顺引起的。进行辅助导向控制时, 轮轨横向力峰值比非控制时明显, 其原因在于:伸长的作动器, 由于内部引入了导向力, 为确保前后轴箱的定位刚度, 与基本上可视为刚体的转臂装置相比, 其轴箱纵向定位刚度降低。随着导向控制的实施, 作动器伸长的长度为10 mm左右, 利用小幅度的作动器工作行程, 转向架的动态性能将获得较大的改变。用轮轨平均横向作用力进行比较时, 控制状态与非控制状态相比, 前者可降低约30%的轮轨横向作用力。

6 结束语

铁道车辆径向转向架中, 最具有降低轮轨横向作用力效果, 且对蛇行运动稳定性并无影响的方式是迫导向转向架。虽然利用运行试验进行了功能验证, 但尚有待解决一些技术课题, 迄今尚未实用化。其最大障碍在于确保绝对的安全性。由于日本铁路尤为注重安全性, 在今后的技术开发中必需慎重地研究装置的安全性。另一方面, 最近电子电路技术、传感器应用技术在一天天地稳步发展, 其可靠性也有大幅度提高, 成本方面则有所降低, 将这类技术有效地应用于铁道车辆上, 既使其具备被动 (无控制) 方式无法实现的功能, 又充分考虑了安全性, 是一项持之以恒的工作。

浅议城轨车辆转向架现状与发展趋势 篇9

[关键词] 城轨车辆 转向架 现状与发展

经济的快速发展和城市化进程的加快,使城市的交通状况面临巨大压力,尤其是大中城市,现有交通系统日渐成为经济持续发展的瓶颈之一。国外的经验表明,采用城市轨道交通系统是一种有效的解决方案。这一方案近年来在国内日益受到关注。众所周知,加拿大庞巴迪(Bombardier)公司、法国阿尔斯通(AlStom)公司及德国西门子(Semens)公司长期以来一直都是轨道交通领域内的领先者,在城市轨道车辆的研发方面拥有相当的实力和丰富的经验。

1国内既有转向架的特点

目前,国内地铁、轻轨电动客车用转向架除国产的外,还有引进国外技术的,主要有两种:一种是上海地铁1号线、2号线和广州地铁1号线转向架,为欧洲整机进口的产品;另一种是北京复八线地铁用转向架,为引进韩国韩进重工技术研制生产的产品。

为便于分析比较,各种转向架的主要技术特征和参数列于表1。

2 城轨车辆转向架的发展和结构形式

2.1城轨车辆内侧悬挂式转向架

2.1.1 SF-30型转向架

SF-30转向架是西门子公司开发的、采用独立旋转车轮式的动力转向架,应用于100%低地板轻轨车辆Combino,车辆的车厢为纵向全贯通式,没有过渡台阶,实现了100%的低地板。车辆地板距轨面高度仅为320 mm,方便了乘客上下车。到目前为至,西门子已经成功开发出了SF-40、SF-50等型转向架,并广泛应用于欧洲各国的城市轻轨(LRV)低地板车辆上。

SF-30型转向架(图1)的车轮采用独立旋转车轮,转向架采用内侧焊接式构架,驱动装置为左右方向纵向布置2个交流异步电动机和齿轮箱,一系悬挂采用锥形橡胶堆定位,二系悬挂为4个螺旋钢弹簧和垂向液压减振器,制动采用轮盘式单元制动装置。

2.1.2 TSFⅡ型转向架

为使城市轻轨车辆实现低地板化,法国阿尔斯通GEC公司成功开发出了TSFⅡ型独立旋转车轮动车转向架(图2)。

该转向架的主要结构特点是:采用独立旋转车轮实现100%的低地板化。为便于驱动电机的安装和增大车厢过道宽度,采用了内置构架式。轴箱装置放在轮对内侧,一系悬挂采用V字形橡胶堆,二系悬挂采用螺旋钢弹簧,电机纵向安装在构架两侧。基础制动采用外置式轴盘制动,并装有电子防滑器。

2.1.3庞巴迪动车转向架

随着城市轨道车辆的广泛应用,轻轨车辆给城市带来的噪声越来越被人们所重视。为了降低轻轨车辆运行时的噪声,庞巴迪公司开发出了一种低噪声轻轨车辆动车转向架(图3)。

表1 国内地铁、轻轨转向架的主要技术特征和参数

图1 SF-30型转向架

图2 TSFⅡ型独立旋转车轮动车转向架

图3庞巴迪动车转向架

图4 S22La型单轮对转向架

图5 法国Y237型铰接式转向架

为了实现低噪声,转向架在设计时,采用弹性橡胶车轮和内侧悬挂式结构,将轴箱一系悬挂安装在轮对内侧,二系采用空气弹簧,以降低由于振动和冲击带来的噪声。牵引电机采用架悬式,传动采用轮对空心轴车轴驱动模式,制动为轴盘制动。

2.2轴转向架

为了减少对钢轨的冲击和降低噪声,改善车辆的曲线通过性能,西门子公司于1995年开发了一种S22La型单轮对转向架用于城轨车辆。该转向架最大的特点是转向架采用内侧支承模式,只有1个轮对,故称为单轴转向架或单轮对转向架(图4)。其主要结构特点是:为了减轻构架质量,使结构更加紧凑,该转向架构架安装在轮对内侧。二系采用空气弹簧悬挂装置,车轮采用小轮径的弹性车轮,并采用轮轴制动。S22La型转向架分为动力和非动力2种类型,牵引电机为纵向中心布置,轴重均为12 t。S22La型单轮对转向架由于将整个构架放置在轮对内侧,使转向架质量特别是簧间质量大大减小。无动力的S22La型转向架质量只有1.05 t,装有传动装置的$22I。a型转向架质量也仅为1.55 t。与传统的单轮对转向架相比,采用内侧悬挂结构后,转向架质量可减小30%～40%。

3城市轨道交通车辆转向架的发展趋势

3.1内侧轴箱悬挂转向架在我国城轨车辆中的应用前景

日前,我国在使用中的城轨车辆转向架与下线车辆转向架无明显区别,轴距基本在2 400 n、m左右,转向架质量大,通过曲线时轮轨力和轮对冲角大,导致严重的轮轨非正常磨耗,污染环境。基础制动装置主要采用踏面制动的模式,不但制动能力低,噪声大,闸瓦磨耗产生的大量尘土对城市环境也构成了威胁。

因此,开发一种新型环保的、运行品质佳的城轨车辆转向架势在必行。轴箱内侧悬挂转向架具有质量轻、运行低噪声、曲线通过性能好、适应线路扭曲能力强等诸多优点,在国外已成功运用于城轨车辆、高速客车和货车上,这充分表明内侧悬挂转向架技术是成熟、可靠的,具有广阔的应用前景。在我国城轨交通系统大量建设的初期,应充分利用国外的成功经验,结合我国城轨车辆发展的实际情况,高起点研制具有自主知识产权的内侧轴箱悬挂城轨车辆转向架,这对于推动城市有轨交通系统的建设、改善城市交通拥挤状况、保护环境、提高人民生活质量具有十分重要的意义。

3.2单轴转向架在城轨车辆中的应用前景

研究单轴转向架的目的是为了使车辆运行稳定性和曲线性能相适应,同时考虑对轨道不平顺的响应翻。其基本原理是对一系、二系悬挂装置进行适当的调整,并在车体和转向架之间使用连杆连接。

无论是城市轨道车辆还是干线铁道车辆,降低车辆自重是发展的必然趋势,也是衡量其技术水平的重要指标。在车辆的总体质量中,转向架的质量占有相当大的比例,而在转向架的整体质量构成中,轮对的质量又成为主要成分。故减少轮对数量对减少转向架的质量及整车质量是明显而直接的,而减少的质量又属于簧下质量,有利于改善车辆的动力学性能。不同转向架结构及与车体的不同连接方式可以使车辆具有不同的轮对数量,其中采用单轴转向架时所用轮对数量最少,可有效地减轻车辆重量。

另外单轴转向架因为自身结构使得曲线通过性能优于传统的二轴转向架。

3.3铰接式转向架在城轨车辆中的应用前景

法国TGV列车是铰接式列车最主要的代表,很多国家的各种不同的铰接式列车也大多采用法国TGV的技术。1994年通行英吉利海峡隧道,连接巴黎一伦敦和布鲁塞尔一伦敦的“欧洲之星",以及1996年开通连接阿姆斯特丹一布鲁塞尔一科隆一巴黎的TGV家族的另一成员Thalys都采用了成熟的TGV铰接技术。2007年创造高速铁路最高试验速度574.8km/h的法国V150高速列车也采用了TGV铰接技术。TGV铰接式转向架为非动力转向架,法国国营铁路(SNCF)开发的新一代TGV列车即AGV[61,它将铰接技术和动力配置应用于一台转向架上,使动力型铰接式转向架应用于高速列车中。

目前法国所研制的应用于高速列车的铰接式转向架主要有Y231,Y237以及Y237A型,分别应用于第一代、第二代和第三代高速列车上。Y231型是法国第一代高速动车组TGV-PSE的拖车所采用的铰接式转向架,它是从燃气轮动车组拖车铰接式转向架Y229型发展而来的。Y237型是法国第一代高速列车,大西洋线高速动车组TGV-A型及其派生的路网高速动车组TGV-R、欧洲之星高速动车组TGV-TMST、塔利斯高速动车组TGV-PBKA、韩国高速动车组TGV-K型的拖车转向架所采用的都是铰接式转向架。

日本也是使用铰接式转向架的国家之一。东日本铁路集团公司开发的现代市郊(Ac)列车样车(E993系)是东日本铁路集团公司为提高乘客服务质量和降低寿命周期成本而采用的第一列铰接式市郊列车,14节编组、时速120km/h。并且在此基础上,又开发设计了E33l系市郊列车。铰接式转向架得以成功应用的还有小田急电气化铁路50000型特快列车。东日本铁路集团公司还将这种系统应用于新干线高速试验列车953系STAP21。

日本研发的铰接式转向架有TR914,TR915,DT957,DT958等,其中TR914和DT957是无摇枕式2点空气弹簧悬挂系统铰接式转向架,其铰接结构为带枕梁的车体(支撑端)置于2点承载悬挂系统铰接式转向架上,使用单牵引杆将枕粱巾间的中心销与转向架连接,以实现牵引。枕梁项部有一个用于连接联结装置的衬套,另一车体(铰接端)的联结装置置于这里并用螺栓铆固。TR915和DT958无摇枕式4点空气弹簧悬挂系统铰接转向架,其铰接结构为带中心销的车体(支撑端)置于4点承载悬挂系统的铰接式转向架上,中心销和转向架用单牵引杆连接,以提供牵引。中心销项部有一个用于连接联结装置的衬套,其他车体的联结装置置于这里并用螺栓铆固。

德国地区铁路ET425系列动车组采用铰接式转向架,其形式与日本的E993型相似,但中间连接处均采用四点支承的空气弹簧悬挂系统。端部车辆采用一台传统动力转向架,中间连接处则采用铰接式转向架。

[参考文献]

1.张振淼.《城市轨道交通车辆》 北京 中国铁道出版社 1998.

快速样机转向架的基础试验 篇10

在开发新转向架过程中,样机制作、试验和改进等环节都要花费大量的时间和费用。更有效的开发过程不仅可以减少转向架的开发时间和费用,而且还可以用更多的时间进行试验以提高产品质量。这也是开发快速样机转向架的背景[1],这种样机无需制造重要的待测部件就可以在车辆试验台上进行性能试验[2,3]。 这种快速样机技术在汽车开发中经常用到。它是在某些试验硬件中通过软件编程模拟设计部件特性,组成整个产品的一部分并模拟设计目标,这意味着不用制作样机也可以进行性能试验。这种快速样机转向架, 用电动式作动器替代如弹簧和减振器等悬挂元件,任一悬挂元件的特性都能用可控作动器的方法模拟。设计阶段就在车辆试验台上对这种转向架进行试验,意味着其性能可以得到评定并反馈到设计过程中,具有下列好处:

(1)在设计早期阶段进行的性能检查可减少开发时间和费用;

(2)为附加试验提供充足的时间以提高质量。

本文阐述了日本铁道综合技术研究所(RTRI)开发的快速样机转向架,并介绍了利用油压减振器试验台对作动器进行控制性能试验的试验结果[4],以及在车辆试验台上对转向架进行振动试验的结果。

2快速样机转向架简介

2.1转向架的基本结构

虽然转向架装有很多种弹簧和减振器,但快速样机转向架仅制作与研究有关的那些部件,并通过数值模拟研究其对运行稳定性和乘坐舒适度的影响。

关于横向减振器的各种阻尼系数,图1给出了其保证稳定性的蛇行临界速度和保证乘坐舒适度的车体横向加速度的计算结果。由图1可知,阻尼系数越大, 蛇行临界速度越高。但阻尼系数过大,由转向架传递的振动就会增大,从而导致乘坐舒适度恶化。所以,横向减振器的阻尼系数既影响稳定性又影响乘坐舒适度。因此,在快速样机转向架中应将横向减振器的阻尼特性设成是可变的。

同样,快速样机转向架中设定以下特性也是可变的:

()轴箱悬挂的纵向刚度;

(2)抗蛇行减振器的特性;

(3)空气弹簧的垂向刚度;

(4)空气弹簧的横向刚度;

(5)横向减振器的特性。

图2为所开发的转向架。由于不可能实现全部功能的替代,所以将垂向作动器并联在空气弹簧旁边以补偿空气弹簧的基本特性。横向作动器不仅提供横向减振器的可变特性,而且补偿空气弹簧的横向特性。 轴箱悬挂采用单拉杆,以便用作动器变换其纵向刚度。

2.2作动器

快速样机转向架装有9个作动器以实现上节所描述的功能。由于难以在滚动和振动部件周围布置液压管道,故所有作动器都是电动式的。由于快速样机转向架只用于车辆试验台试验,故没有考虑车辆限界。

为保证安全运行,置于控制档位的故障安全机构是必备的。图3为实现轴箱定位刚度的纵向作动器。 受长度的限制,采用折回式作动器。作动器两端都有滚子轴承和橡胶衬套以免过度扭动。此外,为避免万一控制失灵导致轴箱纵向刚度丧失引起蛇行运动,通过在作动器旁边装有保护橡胶以保持转向架的最低稳定性。

2.3作动器控制系统

为了通过软件改变有关部件的特性,在软件中准备了与各个单独虚拟样机部件相对应的参考模型。试验中,作动器的力根据模型所计算出的力进行控制(图4)。该控制系统具有以下好处:

(1)由于参考模型是用软件程序制作的,所以,各种特性包括非线性和时滞都是可以检测的;

(2)由于作动器和模型是一一对应的,所以,各个作动器的输出力可以单独地实现精确控制。

根据内置伺服电机的旋转编码器获得的位移,各参考模型计算出适当的力,利用作动器端部的应变计所测出的实际力来反馈调节作动器。

3在油压减振器试验台上进行作动器控制性能试验

快速样机转向架要具有足够的鲁棒性,以免在车辆试验台上进行高速试验时因控制失灵而发生故障。 为了确定控制性能和稳定性,在油压减振器试验台上进行了作动器控制性能试验。

针对各个作动器的参考模型,选用经过实际鉴定的减振器或单拉杆的数值模型进行试验。从下列2点检测油压减振器试验台强迫振动试验所获得的数据:

(1)推力应等于模型输出力;

(2)不应当不稳定。

一旦确定以后,为安全起见,在车辆试验台进行振动试验时,就不会再改变这些控制参数。在初始阶段认为,伺服电机的电流控制会更适于推力控制,但由于作动器固有的摩擦和惯性载荷,事实证明电流控制效果并不好。所以,采用了转速控制。

空气弹簧旁边的垂向作动器的机械特性、参考模型与横向作动器的基本相同,因此,没有进行性能试验就确定了垂向作动器的控制参数。

3.1轴箱纵向定位刚度作动器

用并联的线性弹簧和减振器模型作为轴箱纵向悬挂的参考模型。图5为作动器控制框图。正如图3所示,在作动器两端装有橡胶衬套,故虚拟弹簧力应针对衬套变形考虑校正因子。另一方面,由于变形速度很小,所以,虚拟减振力中忽略衬套变形速度的影响。图6给出了在试验台上进行正弦振动试验所观测到的力和参考输出量。所观测到的作动器作用力与参考输出力是一致的。

3.2横向作动器

采用并联的线性弹簧和减振器模型作为端部带有橡胶衬套的横向作动器的参考模型。图7为作动器控制框图。与纵向作动器不同的是,由于没有与作动器相关联的弹性部件,故从伺服电机旋转脉冲观测到的作动器长度等于模型中虚拟减振器的长度。目标力是通过弹簧和减振器之间的平衡力计算得出的。图8给出了作动器在试验台上的输出力与实际横向减振器在车辆试验台上的输出力的时间历程。由在车辆试验台上对减振器进行鉴定试验的结果和振动形式所获得的参考模型的参数,与在车辆试验台上测试的减振器行程是相同的。在大多数情况下,作动器能模拟横向减振器,但作动器输出中含有高频分量意味着需要做某些改进。

3.3抗蛇行作动器

图9为抗蛇行作动器的控制框图。其参考模型为与横向作动器相同的线性弹簧和减振器并联模型。与横向作动器不同的是由于橡胶衬套在作动器两端,模型应用的部分弹簧位置可以歪斜而没有空隙。目标刚度由部分弹簧和实际橡胶衬套的刚度组成。

图10给出了抗蛇行作动器在试验台上的输出力与实际抗蛇行减振器(审校者注:原文为横向减振器, 有误)在车辆试验台上的输出力的时间历程。与横向作动器试验相似,参考模型中直接使用在车辆试验台上鉴定的参数和测试的减振器行程。虽然抗蛇行作动器的输出力比实际抗蛇行减振器的输出力要大得多, 但结果表明,抗蛇行作动器足以模拟抗蛇行减振器的性能。

4在车辆试验台上进行的振动试验

完成上述控制性能试验以后,为了用变化参数的方法检验其稳定性,并检查转向架特性的变化,针对所有作动器调节的快速样机转向架在车辆试验台上进行了振动试验。图11为新干线车体装用快速样机转向架的试验概况,该车还装用了1台新干线普通转向架进行了试验。

4.1稳定性的验证

作动器的每一个参数都与实际减振器和单拉杆鉴定过的参数值相对应。利用在运营线路上获得的轨道不平顺激励车辆。图12给出了纵向作动器的目标力和实际力的时间历程及功率谱密度(PSD)。可见作动器可以很好地跟踪参考模型,没有明显的延迟。然而, 作动器峰值力低于目标值的峰值力,力的高频分量比滚动试验台位移的高频分量要多得多。由PSD图可知,目标力和响应力有7.7 Hz和14 Hz两个峰值,在上述2个频率附近,响应功率低于目标值的功率。另一方面,在3Hz以下,低频分量的响应功率和目标功率是一致的。所以,问题是目标力含有高频分量,而滚动台位移不含高频分量。在图6所示的性能试验中, 不存在高频分量,因此,通过轮对相关联的2个独立的力控制作动器可能会相互干扰。

图13给出了横向作动器的目标力和实际力的时间历程。由图13可知,横向作动器也适于跟踪参考模型,然而,应考虑降噪问题。

在试验过程中没有发生蛇行运动。

4.2参数变化后的车辆特性

以改变虚拟元件的特性会影响车辆动力学为例, 对垂向作动器采用2个不同参数的工况进行了试验。 在A工况下,把虚拟垂向减振器的阻尼系数调为0,模拟除空气弹簧提供阻尼外,无其他阻尼的情况。在B工况下,把虚拟垂 向减振器 的阻尼系 数调为200 kN·s/m,模拟与空气弹簧并联一个大阻尼减振器的情形。图14给出了以实际轨道不平顺为激励所进行的振动试验过程中,车体在A工况和B工况下的运动。横向运动和摇头运动在两种工况下没有明显差 别,侧滚运动差别较大。车体在B工况下的侧滚运动比在A工况下要小得多,原因是作动器模拟的是大阻尼减振器,抑制了车体的侧滚运动以及横向运动。这表明快速样机转向架的软件编程减振设备可影响车辆特性。

5结论

为了提高设计过程中的质量和效果,开发了车辆试验台专用快速样机转向架,在不用制作样机重要部件的情况下就可以评定新型转向架的结构。采用单拉杆式轴箱悬挂系统,所开发的转向架装有9个电动式作动器,其中,4个用于模拟轴箱纵向定位刚度,1个用于横向减振,2个用作抗蛇行减振器,另外2个用于模拟与空气弹簧并联的垂向减振器特性。各个作动器用于模拟不同的虚拟部件,如弹簧和减振器,其特性用软件实现改变。在软件中,计算虚拟部件力的各参考模型与单独控制输出力的各作动器一一对应。该种转向架不用协调控制机构,就可模拟要检验的任何特性。

在油压减振器试验台上进行的性能试验结果表明, 各个作动器通常会得到良好控制,这样在车辆试验台上就可以对快速样机转向架进行足够精确和稳定的试验, 然而,有些方面仍需改进,如少数部件存在高频分量。

性能试验后,用装有全部作动器的快速样机转向架在车辆试验台上进行了模拟运行试验。结果表明:

(1)转向架和作动器仍保持稳定;

(2)车辆特性可用变换参考模型参数的方法来改变。

因此,可以证实转向架具备了快速样机所需的基本性能。

为了能使其用作有效的车辆设计工具,以后将对快速样机转向架进行持续改进。

摘要：介绍了快速样机转向架的结构,以及利用减振器试验台进行作动器性能试验的结果,并论述了在车辆试验台上进行的性能试验情况。