车辆工程的研究方向精选(九篇)

第1篇：车辆工程的研究方向范文

【关键词】超限治理 动态称重 视频监控

1 引言

随着国家经济的发展和城市化进程的加速，交通量迅速上升，车辆超载、超限现象也变得越来越普遍和严重[1，2]。交通部颁布了《超限运输车辆行驶公路管理规定》和国家八部委联合了《关于在全国开展车辆超限超载治理工作的实施方案》（交公路发（2004）219号），规定运用经济与行政相结合的手段对通过的超限车辆进行必要的执法处理，以有效保证桥梁和公路的使用寿命。因此，本文研究并设计了一种超限车辆动态监控及非现场执法系统，24小时检测通过车辆的实时总重、轴重、速度等信息，并对通过车辆的车牌号进行抓拍和现场取证，为公路桥梁管理部门提供养护和决策依据，也为交警部门提供超限执法依据，以达到保障交通安全和维护桥梁道路设施的目的。

2 系统组成原理

图1 系统组成

系统整体主要基于动态称重技术[3-5]，依次由高速动态称重子系统、车牌识别及现场取证子系统、车牌逆向抓拍子系统、报警显示子系统、视频监控子系统及其配套设备组成，如图1所示。高速动态称重子系统设置于公路主线适当位置，负责检测通过车辆的重量及各种交通数据；车牌识别及现场取证子系统负责检测通过车辆的前后抓拍图片及车牌信息，并与重量数据对应存储；车牌逆向抓拍子系统设置在没有中央分隔带的路段用于检测逆向行驶车辆车牌号码，并实时报警；报警显示子系统通过LED可变情报板实时显示超限车辆车牌号码，及时提示驾驶人员；视频监控子系统负责监控路段车辆的通行状况信息，并实时上传至监控中心硬盘录像机。

3 系统工作流程

系统无人值守，在不限制车速的情况下自动检测通过主线行车道车辆的各种交通数据，并实时的将交通数据通过有线或无线方式（可选）传输至大桥管理处计算机进行统计分析，如果发现超限车辆管理计算机进行报警提示，并在该车辆数据处做超限标记。系统工作流程如图2所示。

图2 系统工作流程

4 系统应用

根据超限执法相关需求，本文系统在重庆万达高速开开段进行了应用，实际安装的主要设备包括弯板传感器、动态称重仪、野外机柜、门架、车牌识别模块等。检测车道为开江至四川方向的2个车道（每个车道安装弯板传感器4块）和1个应急车道（安装弯板传感器2块）。安装应用的整体效果如图3所示。当然，根据用户实际需求，动态称重区域可以定制不同动态汽车衡产品。

图3 超限车辆动态监控及非现场执法系统应用效果

5 结语

超限车辆动态监控及非现场执法系统不但可减轻超重车辆对公路的损害，而且可以减少治超检测站人员配置、资金投入，保护执法人员的生命安全。随着公路里程进一步增加及政策支持，超限车辆动态监控及非现场执法系统推广应用前景十分广阔。

参考文献：

[1] 魏连雨，李巧茹，张多马.超载交通运输对津围公路路面和桥梁的影响及对策研究[J].天津公路，1999（5）：44-48.

[2] 曾凡奇，黄晓明.超载对沥青路面的影响[J].交通运输工程学报，2004，4（3）：8-10.

[3] 贺曙新.车辆动态称重技术的历史、现状与展望[J].中外公路，2004（6）：104-108.

[4] 李扬.国外汽车超载治理技术的发展及应用[J].公路工程与运输，2004（9）：80-82.

第2篇：车辆工程的研究方向范文

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“AARMl00l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。

5．组建铁路安全技术研究和监测中心

第3篇：车辆工程的研究方向范文

关键词：高速货车 启动 仿真 纵向冲动 机理研究

中图分类号：N945.13 文献标识码：A

纵向动力学研究随着铁路运输特别是高速重载运输以及计算机技术的发展而逐步兴起，该研究手段可极大减少试验研究产生的经济成本，同时可保质保量地缩短研究周期。纵向动力学研究虽多应用于重载运输[1-4]，高速货运列车同样存在动力学问题需要开展研究[5]。

本文的研究基于课题组自行开发的空气制动与列车纵向动力学联合仿真系统，定量分析了不同轴重列车的启动性能，同时给出了不同运行速度、不同轴重高速货车紧急制动时的制动距离。以启动时间和启动距离最小为目标，优选出轴重与运行速度的最佳匹配方案。本文的研究结论对高速货车的轴重设计以及运行速度规划具有参考价值，同时为进一步研究高速货车编组和行车方案制定提供了有效的分析手段。

1 动力学分析的基础数据

1.1 车辆模型

选取3种不同的运行编组方案列车进行分析，分别是18t轴重，运行速度160km/h和200km/h；21t轴重，运行速度200km/h三种方案。其编组情况均为1台机车，后面20辆车辆，编组情况如图1所示。

图1 列车编组模型

1.2 制动缸压力

制动力不同步性是造成列车制动时纵向冲动的根本原因，制动波的传播特性对列车纵向冲动影响极大，同时制动特性也显著影响着列车紧急制动距离。本文使用的制动系统特性是通过模型化列车的制动系统，通过计算气体在管路和各缸室的内气体瞬态压力获得制动系统特性，对制动波速和制动缸压力没有任何假定。制动特性通过仿真104空气分配阀列车制动系统得到。

1.3 闸瓦摩擦系数

摩擦系数根据“车辆货车闸瓦技术条件通知_运装货车[2002]11号文件”中平均值取值，盘型制动均等效为相应的闸瓦制动。

2.4 车辆运行阻力

根据“牵规”，运行阻力按下述方法取值。

空车：

（1）

重车滚动轴承：

（2）

起动阻力：

3.5N/kN（3）

1.5 缓冲器特性

车钩缓冲器缓冲车辆间冲击产生车钩力。为简化分析，描述车钩缓冲器特性的力学模型可以假设为一刚度与一阻尼的两参数的力学模型。由以上的力学模型可以假设缓冲器特性为公式（4）：

（4）

其中为车钩力。为两相邻车辆间相对位移，为两相邻车辆间相对速度。分别是缓冲器刚度和阻尼。通过试验结果反推出缓冲器刚度和阻尼。

2仿真方案

以SS9G机车牵引为例，分析了3种编组方案平道启动下列两种工况的车钩力、启动时间、启动距离等规律。机车启动操纵方式为：①机车牵引档位依次1－10档提升牵引工况；②机车牵引档位直接提升10档牵引工况。此外对3种方案紧急制动工况下的制动距离进行仿真，并与制动距离要求进行比较。

3 仿真结果

首先对18t轴重、160km/h初速度制动的运行方案进行分析，由于该方案车辆轴重小于21t-160km/h，制动倍率小于16t-200km/h方案，因此可以预期此方案的制动车钩力应小于后两种方案。本分析报告将着重分析此方案多种工况列车的车钩力和加速度分布特点和规律，对于后两种方案将重点描述与第一种方案存在的差异。

3.1 18t-160km/h 启动车钩力分析

列车的启动过程是列车运行能力的标志，因此有必要对列车的启动牵引过程进行数值分析。由于司机操纵牵引手柄的习惯不同，会使列车在启动过程存在很大差异。以SS9G机车牵引为例，分析两种牵引手柄位变化情况下，平道启动车钩力的变化特点，其中一种牵引方式为手柄直接从0位提升到10位牵引，另一种工况为手柄逐级提升,每个手柄级位停留5秒，直到手柄位提升到10位。

图2 直接10位牵引车钩力变化曲线 图3直接10位牵引最大车钩力与匀速牵引

车钩力沿车长分布对比

图2为机车牵引手柄位直接提升到10位时，列车启动过程中拉伸车钩力变化曲线。首车车钩受到一个冲击拉伸力后，紧跟着产生了全列车最大的牵引车钩力，牵引车钩力随着列车的加速过程出现振荡，并逐渐稳定到一个恒定值；中部车辆产生的第一个冲击拉伸力大于首车，但是紧跟着产生的牵引拉伸力小于首车，并且牵引拉伸力的振荡幅度明显大于首尾车辆；尾部车辆产生最大的冲击拉伸力，但是牵引拉伸力最小。对于全列车而言，中前部车辆最大拉钩力由持续的牵引拉伸力造成，沿车辆向后而减小；中后部车辆最大拉钩力则由第一次冲击所引起，随车辆向后而增大；全列车的最大拉钩力位于首车，为290.0kN。当列车基本进入匀速牵引阶段，每辆车的拉钩力主要平衡运行阻力，因此列车进入匀速牵引阶段时，越靠后的车钩用于平衡后续车辆运行阻力而分担的牵引力就月小，于是车钩力沿车长的分布规律就是沿车长逐渐减小。

如果将图2中车钩力时程曲线延长，就会发现列车结束牵引阶段，到达匀速运动阶段时，每辆车的拉钩力都要低于启动阶段的最大车钩力，而且匀速运动阶段车钩力在各自平均位置上下振荡，平均位置的拉钩力大小沿车长分布与启动阶段最大拉钩力对比如图3所示。

图4 1-10位牵引车钩力变化曲线 图5 1-10位牵引最大车钩力沿车长分布

图4是手柄从0位，每间隔5s提升一个级位，直到提升到10级的车钩力特性曲线。由图可知列车启动过程中拉伸车钩力变化曲线，与手柄直接提至10档牵引明显不同，由于牵引力施加的比较“柔和”，因此前中后部车辆均没有产生很大的冲击拉钩力，随着牵引级位的增大，列车的牵引车钩力随之逐渐增大，随着车辆从前向后，车钩力增大的幅度越来越小。右上图可见，所有车辆最大拉钩力均由持续的牵引拉伸力造成，沿车辆由前向后而逐渐减小；全列车的最大拉钩力位于首车，为280.1kN，比10档位直接牵引小3.4%。列车基本进入匀速牵引阶段后，车钩力的大小与启动时牵引位如何变化无关（两种牵引情况下，匀速牵引阶段拉钩力数值相等），稳定阶段拉钩力大小沿车长分布与启动阶段最大拉钩力对比如图5所示。

3.2 18t-160km/h 启动时间和距离分析

图6 18t轴重车平道牵引速度和行程曲线 图7 18t轴重车3种坡度牵引速度曲线

图6中显示了18t轴重列车在平道上从静止到最高速度的速度和行程曲线，从仿真结果看列车的最高速度仅能提升到144km/h，提速时间为1929秒，走过距离为64185米。图7是3种坡度线路上列车牵引的提速曲线，三种坡道分别是平道，4‰上坡和10‰上坡。经计算，SS9G机车牵引20辆18t轴重车最大可启动坡度为10‰。以1－10手柄位依次提升牵引为例，将列车在不同坡度线路牵引至不同速度的耗时和行程进行总结，如表1所示。

表1 18t轴重车启动性能计算结果

牵引至不同速度下耗时(s)和行程(m)

4.5km/h 可提升的最大速度

平道 43.7s/15.5m 144km/h/1929s/64185m

4‰上坡 69.4s/15.1m 98km/h/1297s/26615m

10‰上坡 1603s/1110m 10.5km/h/6184s/11570m

计算结果表明，4‰上坡列车最高速度能够达到98 km/h, 10‰上坡列车最高速度能够只能达到10.5 km/h。此外经计算发现，SS9G机车不能牵引20辆车达到理想速度160 km/h，经过不断的试算发现，在牵引11辆18t轴重车时，最高速度可以提升至160km/h，这种情况下，列车速度达到4.5km/h需用时33s，行程12.6m；速度提升到160km/h需用时1646s，走行了62738m。

3.3 不同编组方案启动性能和制动距离的比较

图8为18t轴重和21t轴重列车在平道和4‰上坡道启动过程中的提速曲线。平道启动加速到4.5km/h时，两种列车分别用时43.7s和44.5s，运行距离分别是15.5m和17.2m；4‰上坡道启动加速到4.5km/h时，两种列车分别用时69.4s和76.4s，运行距离分别是15.1m和17.5m。两种列车均无法在12‰坡道上启动，两种列车的极限启动坡度分别为10‰和8.5‰。

18t-160km/h、18t-200km/h、21t-160km/h三种编组列车紧急制动制动距离经仿真计算，结果汇总如表2：

表2 3种车不同工况紧急制动的制动距离对比

18t-160km/h制动距离

/允许制动距离 (m) 18t-200km/h制动距离

/允许制动距离(m) 21t-160km/h制动距离

/允许制动距离(m)

600kPa-平道 1042/1400 1355/2000 1003/1400

600kPa-12‰下坡道 1171/1400 1494/2000 1122/1400

从表中可以看出，根据给定的制动距离要求：3种方案都符合紧急制动距离的要求的情况。

4 结论

通过以上分析结果，可以得到以下结论：从启动时拉伸车钩力分析：牵引手柄直接提升到10档位牵引时，21t轴重车最大拉钩力明显大于18t轴重，而对于1-10档位顺序提升牵引工况，18t轴重和21t轴重车最大拉钩力大小接近。牵引20辆车平道启动时，18t轴重列车启动(速度提升到4.5m/s)时间为43.7s，启动距离为15.5m；21t轴重车启动时间为44.5s，启动距离为17.2m。18t轴重列车最大启动坡度为10‰，21t轴重列车为8.5‰。SS9G机车可牵引11辆18t轴重车提速至160km/h，启动需用时33s，行程12.6m；对于21轴重车，则只可牵引9辆，启动用时30.7s，行程11.7m。

高速货车编组不会过于长大，因此制动及牵引过程均不会过于复杂。高速货车纵向动力学分析模型简单，结论明了的优势，有利于通过结果发现车钩力产生的规律，探索纵向冲动机理，将研究成果移用到迫切需要降低车钩力的长大列车研究中，更可体现本文短车研究的价值。高速货车运输的往往是时效性要求较高的高附加值货物，如何提高货车高速运行时的平稳性，保证货物的运输安全是更需要着重考虑的问题。

参考文献

Pugi L., Fioravanti D., Rindi A., Modeling the Longitudinal Dynamics of Long Freight Trains[C]. During the braking phase. 12th IFTomm World Congress,2007,(6):18-21

Cantone L. Traindy: the New Union Internationale des Chemins de fer Software for Freight Train Interoperability[J], Journal of Rail and Rapid Transit,2011,225(1):43-49

洪原山，马玲. 车辆纵向动力学模型与计算机仿真的研究. 铁道学报,1989,11(3):10-20

第4篇：车辆工程的研究方向范文

【关键词】车辆动力学 研究生培养 教学改革

【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）11-0025-02

一、研究生教学改革的紧迫性

随着社会快速发展，我国在经济、科学研究等方面在全球所占地位快速提高，世界500强企业中的400多家和100多个研发中心已在中国安家落户。因此，产生了大量对高学历人才的需求。研究生作为高学历人才的主体，成为高科技企业和研究机构主要吸引的人才力量。高校对研究生的培养能否满足快速增长的人才需求成为亟待解决的问题。

在国家层面，为了快速提高我国的科技水平，满足对研究型人才的迫切需求，建设了一批“985”、“211”大学，并不断增加科研投入。在学校层面，不断增加研究生招生比例，重视科研能力培养。近年来，提出了建设研究型大学的目标，以应对高学历人才短缺的挑战。

对学生而言，企业和社会对毕业生的能力要求越来越高，增长的就业压力使学生更加注重所学知识解决实际问题的能力。

在大多数高校，研究生课程学时普遍较短，且研究生承担了很多科研工作，投入课堂学习的时间和精力与本科阶段相比大量减少。与本科不同，研究生培养更加注重利用相应资源解决专业问题的能力，需要在短时间内迅速提高专业素养，如何使学生快速完成这样的转变成为研究生教学的一大挑战。近年来，多学科交叉融合成为重要趋势，单一学科知识难以满足当今复合型人才的需求。就车辆工程学科来说，现代车辆技术越来越多的和控制理论、环境感知等信息技术学科联系起来，同时，在车辆工程专业的研究生群体中，有大量的自动化控制、数学、力学以及信息技术学科出身的学生。如何在很短的时间内，通过课堂教学帮助研究生完成多学科的交叉逐渐成为研究生教学面临的又一挑战。

二、车辆动力学教学面临的问题

车辆动力学作为车辆工程专业研究生一门重要课程，旨在帮助学生学习掌握车辆的直驶加速性、制动性、操纵稳定性以及平顺性四大类问题。通过本课程的教学除了使学生掌握相关车辆理论与技术，更重要的是使学生学会如何用相对简化的理论公式以及数学、力学模型来处理较为复杂的工程实际问题。这门课程实践性强，涉及知识面广，对培养车辆类专业学生分析和处理工程实际问题的能力，有着重要的作用。

由于这门学科学习内容较多，教师在较短学时内难以面面俱到。而且内容涉及理论力学、复变函数、机械振动等学科，学生学习起来很容易觉得困难、枯燥。但是，这些内容是车辆专业学生进行汽车设计与性能分析的基础，改变传统的教学模式提高课堂教学质量显得非常重要。

1. 教学观念革新不足

首先，课程教学观念对教学起着指导和统率作用，教学观念的变革需要适应学科现状的不断发展。传统的教学观念，强调知识的系统性和完整性，而对于车辆动力学这门课程来说，在五十多个学时内完成五大内容的讲授本身而言就是很大的挑战。为了在有限学时完成教学任务，教师不得不加快讲授速度，对部分内容点到为止。对学生而言，课程内容多而繁杂，造成学习困难、枯燥，并且学习兴趣不高。同时，传统教学观念对学生能力培养关注不够。和课程教学内容只是基本理论知识的讲授，缺乏结合具体问题实际进行教学，忽视了车辆理论对于科研和工程问题的指导作用。例如，在讲解轮胎模型时，如果只讲授轮胎模型公式的推导，学生即使掌握了公式，但并不了解哪些假设和简化条件适合怎样的情况，无法将其与具体问题联系起来。学生能力局限于完成习题和应试，对具体问题在理论上的认识不足，造成学生本来学习过相关知识，但面临具体问题时往往还是一头雾水。传统教学观念造成的重理论轻实践、重研究轻设计、重精深轻综合和重灌输轻自学的现象，已经与学生学习诉求和企业的人才需求不相适应。

2. 教学方法缺乏创新

传统的课程教学方法缺乏创新，一成不变。教学方法仍以单向灌输为主，学生只能被动地参与，课堂气氛不活跃，学生的学习兴趣不高。对学生来说，车辆动力学这门课程专业性很强，学起来困难、枯燥，灌输式的讲授方式也使得学生参与度不高，严重影响了教学效果。例如，在讲授平顺性方面的内容时，涉及到很多复变函数方面的内容，公式繁琐复杂，直接放到PPT上进行推导讲解，很多学生在过程中跟不上教师的节奏，干脆低头玩手机或者发呆走神。更加重要的是，在课堂上无法引起学生的学习欲望，造成学生在课下不愿主动投入学习精力学习课程内容，使得课堂教学得不到温故和深入理解，给本就繁重的教学增加了更多的困难。

3. 课程考核评价方法单一

课程评价体系将期末一次性“闭卷”书面考试视为评价学生能力的唯一标准，缺乏知识应用和实践能力的考核和对学生课程学习过程中的考核。 单一的考核方式鼓励了学生重视习题，对于利用课堂教学知识解决具体问题则往往忽略。就车辆动力学学科来说，由于知识点多，公式多，在最终试卷上对知识点掌握情况和公式理解的考核难以面面俱到，对具体工程实际问题也缺乏深入考核的条件，就造成了试卷考核泛而不深，难以全面反映学生学习情况。而且，这种考核方式鼓励了学生通过简单记忆课堂讲义和习题进行应试，对内容缺乏深入理解。往往是考试能拿到不错的成绩，但是考完后一股脑还给老师。因此，课程评价体系变革是课程教学改革的关键一环。

三、车辆动力学教学改革思路

1. 革新教学观念

教学观念改变是课程教学改革的基础。从简单要求学生掌握完整知识体系，转变为以培养学生核心专业能力为目标，是车辆动力学研究生教学改革的关键第一步。当今社会要求的工程技术人才将不再是在一个比较狭窄的学科专业范围内掌握一种专门技术，而是基础扎实，知识面宽、具有较强的学习能力和对信息综合分析能力的人才。掌握完整的专业知识体系是研究生教学的基本要求，但是仅做到这点无法适应当今的人才需求和学科发展。例如，在车辆设计过程中，经常将复杂的工程问题加以简化来进行处理，这样就会造成设计数据的近似性，设计结果不唯一且不存在标准答案。面临这样的请款，需要培养学生在解决实际问题时的工程意识。

对教师而言，围绕新的教学目标，在教与学的关系上，要改变过去以教师为主体，一切围绕教师转，教师教什么，学生学什么的被动学习的状况，树立学生是教学活动的主体，更加重视学生独立学习能力和开拓创新精神的培养。教师要树立新的教学观念，在教学实践中，主动、自觉探索更先进的模式和方法。

2. 重塑教学内容

在这样的教学观念下，教学内容从之前要求大而全的知识体系，转变为围绕具体问题，进行相关知识的学习与技能培养。问题导向的学习有助于激发学生的学习兴趣，充分调动了学习积极性，使学生主动投入更多的学习精力。同时，学生在解决问题的过程中完成知识点的学习，对相关知识认识更加具体、深刻，真正做到了所学即所用，遇到具体问题能够联系理论知识。例如在汽车动力性能的学习中，给出具体参数，让学生按照一定评价指标比较这几款车型的动力性能，学生在这一过程中能够真实体会到各个参数所反映的性能特点。对相关知识点做到深入理解和掌握，并且学会使用MATLAB等辅助工具。这样的教学内容安排不仅做到了知识体系的构件，而且对提高学生解决专业问题能力大有帮助，提高了学习效果。在操纵稳定性学习中，提出如何评价车辆的转向性能的问题，再沿着这个问题引出转向半径、横摆角速度、稳定性因数等参数，继而引出通过二自由度模型来计算这些参数。这样的问题导向过程对学生的吸引力大大增加，而且对这一问题解决过程的来龙去脉能够深入理解。总之，在车辆动力学研究生教学中，以问题导向进行的教学内容安排能够激发学生学习兴趣，提高课堂参与度，对知识点理解更加深入，大大提高教学效果。

3. 丰富教学手段

在教学方法上，要改变以往讲授为主、学生被动接受的方式，增加课堂师生互动与交流，鼓励探索式的学习，改变以往课堂枯燥、沉闷的教学氛围，将学生吸引到课堂中来，增强学生参与感。教学方法的改革是既重视知识传授又重视能力培养，首先是获取新知识能力的培养，也就是授人以鱼不如授人以渔的道理。这就要求教师由“教会”学生的教学方式向引导学生自己“学会”，从而达到学生“会学”的教学方式转变，培养学生自主学习的能力。在课堂教学上要注意培养学生提出问题和解决问题的能力，除了必须改变以“课堂传授、满堂灌”等特征的教学方法外，还应注意在授课过程中启发学生去积极主动思维，调动学生学习的主动性和引导学生学习，而不是被动地接受灌输。要求在阐述问题时有明确的目的，使学生知道学习这一内容是要去解决什么问题，如何去解决问题。在课堂教学中，教师应当起到关键的引导作用，引导学生提出问题、解决问题，帮助学生思考，而不是直接告诉学生答案。例如，在讲授汽车变速器时，引导学生思考几大类变速器的发展历程，启发学生分析各类变速器的性能特点，继而深入到原理与计算。让学生带着问题由浅入深，让学生真正地参与进来，对教学内容充满兴趣并愿意投入学习精力，这样往往能使教学效果事半功倍。

4. 完善考核评价体系

学生成绩评价是课程教学的最后一环，但也是十分关键的一环。课程考核是测试学生的知识与能力的基本手段，它具有导向功能、反馈功能、评价功能等多种功能，是教

学过程中的重要一环。恰当的考核方式能够引导学生选择科学的学习方法，使其达到理想的效果，实现预定的培养目标。 如果评价方式不恰当、不全面，学生就难以配合教师完成教学，也会使前面的一切努力大打折扣。成绩需要反应学生的核心专业能力，而不是简单的知识点记忆，传统的一张试卷的评价方式已难以满足这种要求。因此，急需建立多元化、综合化的评价方式。在车辆动力学课程中，一张试卷对知识点的涵盖和能力综合考核显得捉襟见肘，因此需要适当缩小期末试卷成绩所占的比例，增加课堂教学中的问题探讨、交流学习等活动在最终成绩中的比例。在课程教学中，教师设计探索式的课程作业和开放式的问题讨论，并把这些内容纳入考核范围，鼓励学生融入课堂教学，积极参加课堂教学活动，并且在课下也能够进行积极思考。例如要求学生在教学内容范围内自选一项车辆性能，对某一款车型进行计算分析，给出分析报告。这样的考核形式能够充分反应出学生对所学知识的理解程度和解决专业问题能力，从而保证了课程教学内容达到应有的效果。

第5篇：车辆工程的研究方向范文

与此同时，在一年一度的高考中，与汽车相关的专业也日渐升温，车辆工程、汽车服务工程、机械设计制造及其自动化等成为与汽车行业接触最亲密的专业。

汽车服务工程

亲密指数：

汽车服务工程2003年才在武汉理工大学本科专业目录中首次出现。但该专业的成长速度却异常快捷，短短几年，便在全国各类高校遍地开花，成为一个非常热门的专业。

顾名思义，该专业的设立就是为汽车服务，所学内容都围绕着“汽车”二字，学生不仅要掌握对各类汽车的诊断、检测与维修技术，而且要学汽车营销、评估、经营和管理等技能。作为一门应用性和服务性很强的专业，其基本特点可以用“起步晚、发展快、应用广、需求大”来概括。

汽车业是一个庞大的产业链条，尤其是销售及售后服务，非常需要专业人才来维护。汽车的市场营销、保险理赔、信息咨询、车辆评估、运输经营、企业管理和检测设备设计，都是该专业的“势力范围”。

目前，我国的汽车产业迅猛发展，但售后服务却与国际不在同一起跑线上。汽车售后服务市场需要大量的从业人员，未来相当长的时间内，涉及汽车售后市场的汽车企业业务管理、汽车技术服务与贸易、汽车保险与理赔等内容的企业市场行为越来越多，也急需大量懂得汽车专业知识的专门人才。但是目前的人员素质远远满足不了行业发展需要，最近几年由于汽车类的中职和高职专业毕业生进入市场，这一状况有所改观，但是高素质的专业人才仍然供不应求。

院校推荐

“211工程”院校：北京航空航天大学、同济大学、武汉理工大学、长安大学、吉林大学等。

一般院校：燕山大学、江苏大学、重庆交通大学、重庆理工大学、常州工学院、江汉大学、山东理工大学、广东工业大学、昆明理工大学、西华大学、长春大学、辽宁工学院等。

报考提示

许多职业技术学院也开设了汽车服务类专业。本科专业重在培养学生的研发和管理能力，高职专业重在培养学生的动手操作和维修能力。

车辆工程

亲密指数：

车辆工程专业可以说是中国汽车工业的“鼻祖”专业，它最早的名称就叫“汽车工程”。

作为一门应用性强的学科，车辆工程专业涉及技术面非常广。除了支持汽车成型的材料技术、支持汽车动力系统的机械技术外，电子、计算机、通讯、遥感等新技术也在其中有广泛的应用。

在专业课学习方面，大一大二往往学习专业基础课，内容包括：数学、力学、计算机等基础知识；汽车结构、汽车理论、汽车设计、汽车发动机原理、现代汽车技术、汽车制造工艺、汽车电控技术等专业知识；从大三开始，车辆工程专业的学生将系统学习汽车制造、汽车理论、汽车设计、内燃机原理与设计、汽车电子学等专业课程。当然，除了这些“硬性”课程，还可以选修汽车贸易、汽车营销、企业管理、技术经济学等“软性”课程。

科学技术的跨越式发展和国民生活质量的跃升对车辆工业都提出了更高的要求，随之而来的是对掌握车辆工业理论和技术的专门人才，特别是高级汽车、新型汽车设计开发人才的供不应求。车辆专业的毕业生就业前景非常广阔，既可在机车车辆、地铁及轻轨车辆、汽车的设计制造部门工作，还可从事汽车销售、汽车服务、汽车维修等行业的工作，也可参与城市交通系统的规划、设计、建设、运营、管理等工作。

同时，围绕安全、节能、环保三大主题的汽车新技术的兴起，使汽车行业与当今的尖端科技紧密联系在一起，这也为本专业学子提供了广阔的发展空间。

院校推荐

“211工程”院校：清华大学、北京理工大学、西南交通大学、长安大学、同济大学、合肥工业大学、武汉理工大学、吉林大学、湖南大学、福州大学等。

一般院校：北京信息科技大学、大连交通大学、湖北汽车工业学院、江苏大学、兰州交通大学、辽宁工业大学、山东理工大学、西华大学、重庆理工大学、厦门理工学院等。

报考提示

车辆工程专业在不同院校有不同的研究方向，除汽车外，机车车辆、轻轨车辆、军用车辆及工程车辆等陆上移动机械几乎无所不包。其中“汽车造型与车身设计”方向，需要考生有一定的美学设计基础，一些院校招收该专业方向学生时还允许考生在报考材料里附上原创美术作品，以供录取时参考。

车辆工程本科阶段的专业的方向，大体上分为车身设计、发动机设计、底盘设计三个大的方向。另外还会包括如汽车维修、汽车检测、汽车仪表、汽车营销、汽车物流与信息、交通管理等一些交叉学科。考生选择这个专业时，一定要具体考察院校侧重、专业设置、培养目标。

机械设计制造与自动化

亲密指数：

机械设计制造与自动化专业是传统的机械设计制造和先进的自动化技术相结合的产物，是机电一体化的宽口径专业，几乎所有的理工类院校都开设了此专业。当然，不同类型的理工院校研究的专业方向有很大差别：比如交通类院校研究的重点可能是起重运输机械方向，电子类院校研究的重点可能是电子制造技术方向，而传统的工科院校研究的重点则多是智能机电控制方向或模具设计制造方向等等。

不过，无论该专业研究的方向如何多变，只要你愿意，将来毕业时都可以“转行”到汽车行业，因为现在的汽车制造企业，都是采用的自动化、机电一体化、电子化的技术。电子是汽车的电脑，机械是实现大脑思想的肌肉。这个专业在汽车研发环节里面将会发挥着巨大的作用。

机械设计制造与自动化专业，由于涉及机械、电子、自动控制及计算机等诸多学科门类，为毕业时跨专业、跨行业就业提供了强有力的保障，在许多院校一年一度的就业率统计中，已经连续多年达到95%以上。

院校推荐

“211工程”院校：哈尔滨工业大学、天津大学、同济大学、华中科技大学、西安电子科技大学、太原理工大学、中南大学、四川大学、长安大学、西南交通大学、福州大学等。

一般院校：湖北汽车工业学院、北方工业大学、燕山大学、沈阳工业大学、长春理工大学、上海机电学院、宁波大学、西华大学、广州大学、长江大学、浙江理工大学、青岛理工大学、广东工业大学等。

第6篇：车辆工程的研究方向范文

关键词： PBL教学法 车辆工程专业 实践教学体系

从全国汽车行业发展现状来看，汽车行业的从业人员数量不足、技术素质不高，已成为制约汽车行业发展的瓶颈。为解决好汽车行业高素质从业人员不足的矛盾，建设以培养汽车行业“紧缺人才”为目标的车辆工程专业具有重大意义。

车辆工程专业毕业生在具备扎实理论知识的同时，还具有较强分析研究问题能力和实践创新能力，以便较快适应各种复杂的工程技术环境，在实践中综合运用专业知识解决工程技术问题[1]。因此实践教学环节对车辆工程专业学生而言特别重要，构建应用型车辆工程专业实践教学体系势在必行。

本文通过分析车辆工程专业实践教学现状，以专业课程实验教学改革为切入点，利用PBL教学法对实验教学内容进行优化，以构建满足汽车行业需求的新型高质量工程人才实践教学体系[2]。

一、车辆工程专业实践教学体系现状

1.缺乏对实践教学体系的建设和研究。

车辆工程专业实验室大多按照满足各门专业课程所需开出的教学实验建设的，且各门课程的实验各自按其课程体系进行教学，没有形成完整的专业实验教学体系，不利于全面培养学生的专业实验技能和实践能力。实践教学内容体系改革滞后，质量标准不够完善，质量监控力度较弱。

2.实践教学方法单一。

目前车辆工程专业的实践教学多采用中国传统教育方法，通常采用教师讲授、学生被动接受的灌输式模式，教师与学生之间的交流较少。实践教学过程中，实验流程事先由教师制定好，学生只需按部就班地执行即可，实验活动需要的观察、设计、数据处理等心智技能很少得到关注，学生养成“模仿教师照做实验，离开教师示范什么都不会”的不求甚解的实验习惯。因此目前实践教学方法不能很好地进行学生创新性思维引导和培养。

3.实践教学课程建设重视不够。

由于目前车辆工程专业实践教学课程建设得不到重视，从而影响实践教学质量。主要表现在：实践教学内容陈旧、更新慢；实践教学方法缺乏研究和创新，实验、实训技术和手段落后；实践教学缺乏一套能体现本科实践教学特点、科学反映实践教学水平和学生实践能力与素质的评估指标体系，对实践教学考核和评价具有一定的随意性等。因此不利于学生实践动手能力提高，难以达到应用型人才培养目的。

二、PBL教学法原理

PBL（Problem-Based Learning）教学法是以问题为导向的教学方法，是基于现实世界以学生为中心的教育方式[3]。PBL教学法作为一种新的教学模式，把学生置于全新情境中，并让学生成为该情景的主人，让学生自己分析问题，学习解决该问题所需的知识，一步一步解决问题[4]。老师把实际问题作为教学材料，采用提问方式不断激发学生思考、探索，最终实现问题的有效解决。促进学生获得解决问题的能力、自主学习能力及团队协作能力等。

三、基于PBL教学法的车辆工程专业实践教学体系构建

为了激发学生学习兴趣，加深学生对专业知识的理解和掌握，提高学生实践应用能力，使学生的理论知识和实践能力有机结合起来，培养满足当今国内汽车行业需求的应用型高质量工程人才，本课题将PBL教学法应用于车辆工程专业实践教学体系构建中。

1.调整培养方案，构建有层次的实践教学体系。

根据当前汽车行业需求，不断提升车辆工程专业学生自身行业基本知识，逐步优化和完善车辆工程专业培养计划。一直以来，车辆工程专业的培养计划是以专业理论课程为主、实践教学为辅，实践教学学分占总学分的比重较低。在PBL教学法的指导下，删减理论教学中一些不合时展的内容，增加实践教学课时，并将PBL教学法理念应用于实践教学过程中。

在实践教学内容方面，对实践教学体系和内容进行基于PBL教学法的分层次设计，主要为基础型实验与提高型实验结合、课内训练计划与课外科技创新活动结合，以及体现综合应用能力训练的毕业设计等组成的三大层次实践教学体系。

三大层次实践教学体系包括基本型实验、综合设计型实验和研究创新型实验。基本型实验改革传统简单验证型实验，将PBL教学法与车辆工程实验技术基础相结合，加强实验内容的思考性和启发性，增加学生动手、动脑的机会，增强学生通过实验发现问题、研究问题的能力。

综合设计型实验以培养学生自主学习能力为目的，在实验项目和实验内容设计过程中灵活运用PBL教学法，设计与车辆工程专业知识及实际工程相关的实验项目[5]。学生可以结合自身兴趣，选做其中一部分实验项目。培养学生综合分析能力、实验设计能力、学习和研究能力。

研究创新型实验强调培养学生的创新能力，在实验中引入新材料、新实验技术等，根据学生潜能和兴趣，组织兴趣小组，采用PBL教学法结合社会热点问题，由教师引导学生针对亟须解决的问题提出有效方案，并提供相应的实验创新平台，制作实物模型，解决实际问题。从而开拓创新思维，为培养学生创新意识和解决实际工程项目能力提供有利条件。

2.改善教学方法，提高实践积极性。

在传统实践教学过程中，一般由教师讲解和演示，学生被动接受，从而限制学生实际动手能力及创新能力发展。在基于PBL教学法的车辆工程专业实践教学体系中，与传统实践教学方法不同的是采用以问题为导向的PBL教学法，由教师针对不同层次的实验类型，设计与车辆工程专业知识及实际工程问题相关的实验内容[6]。实验内容形式为教师提出问题，学生根据问题查找相关资料，制订实验方案，最终解决问题。该方法改变学生被动接受的状态，以学生为实验实施过程中的主体，充分调动学生积极性，逐步培养学生创新能力。

四、结语

基于PBL教学法进行车辆工程专业实践教学体系改革和构建，通过改革教学内容和教学方法，提升学生对实践教学的积极性和兴趣，培养学生工程意识，提升学生解决实践工程问题的能力，培养满足社会要求的具有前瞻性、创新性等综合能力强的应用型车辆工程技术人才。

参考文献：

[1]蒋盛楠.基于能力和素质培养的本科人才培养模式探究[J].黑龙江高教研究，2013（12）：73-76.

[2]张振东，周萍，卢曦，等.车辆工程专业实验教学体系改革与实践[J].教育教学论坛，2013（4）：142-144.

[3]周忠信，陈庆，林艺雄，等.PBL教育模式的研究进展和现实意义[J].医学与哲学：人文社会医学版，2007，28（8）：72-74.

[4]王伟，蒲丽娟.应用型高校思想政治理论课PBL实践教学模式的构建[J].南昌工程学院学报，2011，30（2）：108-110.

[5]刘春城.PBL教学模式在工程训练教学中的探索与实践[J].实验技术与管理，2012，29（4）：158-161.

第7篇：车辆工程的研究方向范文

关键词：车桥耦合振动；车辆荷载简化；确定性数学模型；

中图分类号：

1引言

汽车经过公路桥梁时，由于车辆自身的振动与桥梁的振动相互耦合的原因，车辆对桥梁的作用力在位置不断变化的同时，大小也在发生着变化。车辆对桥梁的作用力主要包含车辆的重力作用、车辆振动的惯性力作用和阻尼力作用，这些组成部分中，除重力是不变的以外，惯性力、弹性力和阻尼力都是和车辆的动力响应相关的。因此，一般采用分离迭代法或者模态综合法[1]来考虑车辆和桥梁的耦合振动。但是，这种计算需要编制专门的计算程序，而且目前没有出现受大家普遍认可公路桥梁车桥耦合振动计算软件。

对于设计方案比较阶段，或者已有桥梁动力性能改造时，需要对桥梁的车致振动进行计算以便于不同方案的比选，因此，如果对车辆荷载进行一定的简化，用一定的数学表达式来表示，则可以利用通用结构动力计算软件对公路桥梁的车桥耦合振动进行计算。

2车辆荷载确定性模型的构建

行人与人行桥的相互作用与车桥耦合振动的基本思想相同，人和人行桥、汽车和公路桥之间，均属于文献[2] 中所叙述的“弱”联结体系，即两个联结体之间的振动会相互影响和制约，但两者又不会组成一个整体的振动体系，二者的振动既相互影响又保持各自的独立性。

对设计方案中的人致桥梁动力性能进行评价、或者对已有人行桥动力改造前后的动力性能比较时，均未直接进行人桥耦合振动计算，而广泛采用确定性模型[3]的行人荷载下桥梁的动力响应分析。行人荷载的确定性模型的通用表达式[4]为：

（1）

其中， 是平均行人重力，单位为N； 是地 阶简谐动荷载系数，简称DLF； 是行人的步频，单位Hz； 是第i阶动荷载的初相位值。

以上傅里叶函数的阶数n与计算所要求的精度有关，最简单的取法便是仅取第一项重力项，随着阶次n的升高，上述函数表达式的精度变高。一般认为，行人的竖向荷载考虑到第3阶、纵向荷载考虑到前2阶、横向荷载考虑到前1阶即可[5]。

行人荷载的确定性模型在计算人行桥在行人荷载下的动力响应计算中得到了广泛的应用。而该表达式应用的重点在于选取合理的简谐动荷载系数 和初相位差 ，各国研究者都是通过大量的试验研究总结出的公式。由于选取的样本不同，各研究者的研究成果之间存在着一定的差异性。比较典型的有Young的公式，英国BS5400公式，德国人行桥设计指南EN03公式，Petersen公式等。

车辆对桥梁的荷载作用中，占主要成分的是重力和惯性力部分，重力和惯性力通过轮胎传递至桥面接触点，轮胎的弹簧作用和阻尼作用会改变所传递力的相位，其改变程度与弹簧的刚度系数和阻尼系数有关，而对传递力大小的影响并不显著，在简化过程中暂不考虑。

将上述重力部分和惯性力部分分离，重力部分即移动常量力过桥，而惯性力是与车辆固有频率相关的简谐力的叠加结果。因此，可以仿照行人荷载的确定性模型，构建车辆荷载的确定性模型的通用公式如下：

（2）

其中， 表示第i个车轮对桥梁的荷载作用；i表示第i个轮胎与桥面接触点，如果忽略车辆宽度的影响，i表示第i个车轴，则m表示车轴总数；j表示车辆的第j阶频率，n表示所考虑的谐波总数； 为简谐动荷载系数； 为j阶频率作用在i轴上的振动初相位。

车辆频率阶次n的取值，直接影响上述公式的精度。最简单的形式就是仅考虑重力项，式便简化为移动常量力过桥。根据文献[6]的分析，当常量力经过简支梁的频率为桥梁基频的2倍时，将会发生共振。共振以后，能量不断积累，跨中截面的最大动力效应将出现在外力离开桥梁的时刻，大约比该常量力作用于跨中产生的静挠度大50%。而移动的简谐力过桥过程中，简谐力的频率与桥梁基频接近时，桥梁会发生共振，而共振时跨中挠度的动力放大系数为 。桥梁结构的阻尼比 都较小，所以该动力放大系数远大于常量力的动力放大系数。从这个角度来看，车辆荷载中的简谐力部分对动力响应的作用比常量力部分要大，因此，仅考虑移动常量力部分是不准确的，必须需要考虑车辆振动的前几阶主要频率。

车辆动力学分析中，一般将车体模拟为刚体，因此对桥梁竖向振动影响较大者就是车辆的竖向沉浮振动和前后点头振动两个振动模态。毛清华[7]在进行公路桥梁车桥耦合振动时，通过对STEYR-1491型试验车进行静力和动力测试，得到该车竖向沉浮振动频率约为1.85Hz，前后点头振动的频率约为4.95Hz，这两阶频率对应的振动是车辆振动的主要成分，在后续的车桥耦合振动分析中，主要考虑了这两阶振动的贡献。

因此，式中取n=2，j=1，2，每个接触点的车辆荷载作用共计3项，包括重力项、一阶频率项和二阶频率项，则式变为

（3）

上式的各个参数物理意义明确， 为车辆自重在i接触的分配值，比较容易计算；重点在于如何确定简谐动荷载系数 和初相位差 。借鉴行人荷载确定性模型中相关系数的确定方法， 和 是需要通过试验测试及数据回归分析得到，确定了这两个系数之后，式方程便是一个确定性的周期函数。

3桥梁在车辆荷载下的动力响应分析

分析车辆通过时桥梁的动力响应，首先需要建立合理的桥梁动力模型，该模型必须能够合理模拟桥梁的刚度分布和质量分布。同时结构的初始应力会对结构的刚度产生影响，如梁单元承受外部压应力时横向振动刚度会减小，承受拉力时横向刚度会变大；而索单元的刚度更是直接和拉索的索力有关，因此需要考虑结构初始应力对刚度矩阵的贡献。

本文拟选用Ansys结构分析软件，利用单层折板梁格模型[8]对主梁结构进行模拟，以准确的模拟主梁体系中纵向刚度和横向刚度的分布。Ansys中的几何刚度矩阵[9]可以考虑初应力对结构总体刚度的贡献，因此在进行动力时程分析之前，首先对成桥状态的桥梁进行静力分析，然后开启几何刚度矩阵即可。

移动力作用在纵横梁格体系上，在每一个积分步中，需要首先判断车辆和桥梁的接触点的位置，车辆荷载通过这些接触点传递至桥梁结构。由于单层折板梁格模型在划分纵向梁格时具有一定的自由性，因此可以根据桥梁的车道分布，首先建立一组车桥接触纵梁，对该组纵梁首先编号，由于车桥接触点均在此纵梁上，判断车轮在桥梁上的接触点的搜索范围，便集中在该组纵梁上，可大大减少搜索和判断的工作量，同时便于后期数据处理和分析。

动力时程分析结束后，在后处理模块中提取桥梁主梁的控制点的振幅、速度和加速度值，采用桥梁的行车舒适度指标[10]对桥梁设计方案的行车动力性能进行比选。

以上处理办法采用Ansys的命令流结合APDL语言共同完成。

与车桥耦合振动的分离迭代法[11][12]相比较，上述简化方法省去了车辆和桥梁的相互迭代的计算过程，计算过程明确可控，比较简便易行，问题在于计算精度很大程度上取决于公式中简谐振动项数的选择及每项中相关系数的取值，如果取值离实际差距较大，可能会导致计算结果离实际的差异较大。

对于车桥耦合振动研究来说，要么是仅用移动常量力过桥的模式进行简化计算，要么是编制专门的计算软件进行计算，利用类似于行人荷载的确定性模型几乎没有。但是由于车桥耦合振动和人桥耦合振动的基本作用原理类似，在人行桥的动力计算中，确定性模型应用非常广泛，大量学者对各个参数的取值进行了深入的试验和理论分析研究，为确定性模型的应用奠定了坚实的基础。因此，选取合理参数的确定性车辆荷载数学模型，计算结果会明显比移动常量力模型要高，而计算花费比分离迭代法或是模态综合法要低很多，是值得继续深入研究的方向，未来将会有很大的应用前景。

4移动弹簧-质量体系通过简支梁算例

如图1所示，移动弹簧-质量体系通过跨径L=25m的简支梁桥，其中，主梁弹性模量E=2.87GPa，泊松比为0.2，抗弯惯性矩I=2.90m4，每延米质量 =2303kg/m，车体质量m=5750kg，支承刚度k=1595KN/m，阻尼值c=0，行驶速度v=100km/h，桥梁的基频为 =30.02rad/s，车辆的频率 =16.66rad/s，车辆的桥梁的质量比Mv/mL=0.1。分别采用移动常量力方法、本文方法和和文献[13]的方法三种方法计算简支梁跨中位置的动力响应，本文方法的车辆对桥梁的作用力方程取为 ，图2为简支梁跨中位移比较结果。

图1 单自由度车辆模型过简支梁计算模型图

图2 简支梁跨中位移响应比较图

由图2可以看出，采用本文方法与文献[13]的结果比较接近，而采用移动常量力模型与文献[13]的结果差距较大，本算例未考虑路面不平整度，车辆和桥梁的振动响应均较小，车辆对桥梁的作用力中谐振部分比重较小，在路面不平整度较差的情况下，采用移动常量力方法的误差会更大，而本文方法可调整简谐动载系数即可。

5结论

（1）本文构造了一种确定性车辆荷载数学模型，利用Ansys命令流及APDL语言进行车辆动力时程分析，即可得出方案比选所需要的桥梁的动力响应参数，方便设计阶段对桥梁的车致振动性能进行比选。

（2）该确定性车辆荷载数学模型，考虑了对车桥耦合振动贡献最大的移动常量力和主要阶次的移动简谐力部分，计算精度远高于移动常量力模型，又避免了复杂的耦合振动的迭代计算。

（3）该方法的重点在于借鉴行人确定性模型中主要参数的确定方法，现场试验测试与理论相结合，确定适用于不同桥面路况和不同车型的参数取值。

参考文献

[1]. 王帆. 钢管混凝土拱桥车―桥耦合振动分析[D].哈尔滨工业大学，2011.

[2]. 王光远.建筑结构的振动[M].北京：科学出版社，1978.

[3]. 傅学怡，曲家新，陈贤川，徐娜，黄振宇，史勇超，王美. 时程频谱结合分析方法对展望桥人行舒适度的分析与控制[J]. 土木工程学报，2011，10：73-80.

[4]. 陈阶亮. 行人激励下人行天桥的振动舒适性研究[D].浙江大学，2007.

[5]. 陈政清，华旭刚.人行桥的振动与动力设计[M].北京：人民交通出版社，2009.

[6]. 李国豪等.桥梁结构稳定与振动[M]. 修订版. 北京：中国铁道出版社，1992.

[7]. 毛清华，项海帆. 公路桥梁车辆振动的理论和试验研究[J]. 土木工程学报，1990（2）： 61-68.

[8]. 戴树才. 单层梁格计算方法若干问题研究[D].同济大学，2011.

[9]. 王新敏. ANSYS工程结构数值分析[M].北京：人民交通出版社，2007.

[10]. 武维宏；舒春生；杨志雄；吴亚平；王心顺. 祁家黄河大桥振动控制与舒适度评价[J].公路交通科技， 2009，（02）.

[11]. 张洁. 公路车辆与桥梁耦合振动分析研究[D].西南交通大学，2007.

第8篇：车辆工程的研究方向范文

关键词：大跨度斜拉桥；风工程；风车桥系统；耦合动力分析；抖振响应；相关性

中图分类号： U441.3文献标识码：A

风荷载作用下汽车桥梁系统的振动、车辆行驶安全性和舒适性以及桥梁的疲劳损伤研究是桥梁工程的前沿课题之一.过去10年内，国内外学者在这方面进行了大量的研究并取得了大量的研究成果.夏禾， Xu和Guo， Cai和Chen、李永乐以及韩万水等均建立了风车桥系统空间耦合振动分析框架，编制了相应程序，但目前风车桥系统空间耦合振动分析中均假设抖振力的空间相关性与来流脉动风速的空间相关性相同.这与实际情况不符，很多风桥领域的研究已经证明这一点.

Larose认为，假设抖振力的空间相关性等于来流风的空间相关性是导致预测抖振响应不确定性的一个主要原因，特别是对于类似闭口箱型桥面这类结构更是如此.Kimura等人对扁平六角形和矩形断面进行了风洞试验，结果表明2种断面的抖振力中升力沿桥跨方向相关性要明显大于来流脉动风速的相关性.此外，许志豪，韩艳，赵传亮，张冠华和赵林等，李少鹏和李明水等[12]都对抖振力空间相关性进行了一定的研究，研究结果均表明：抖振力的空间相关性明显大于来流脉动风速的空间相关性.

本文提出了一套考虑桥梁抖振力空间相关性的风车桥耦合振动分析方法，并编制了相应的计算程序.以江顺长江大桥为工程背景，测试了桥梁抖振力的空间相关性，分析研究了桥梁抖振力空间相关性对侧风作用下桥梁和车辆耦合动力响应的影响.研究结果表明：桥梁抖振力空间相关性对桥梁动力响应有显著影响，对车辆的动力响应也有一定的影响.因此，在今后的风车桥系统耦合振动研究中有必要考虑桥梁抖振力的空间相关性.

2 算例分析

2.1计算参数

本文以江顺大桥为工程背景，江顺大桥是一座主跨700 m的钢混凝土混合斜拉桥，其跨径布置为：60 m （混凝土） +176 m + 700 m +176 m + 60 m （混凝土），主桥全长1 172 m，总体布置图如图1所示.表1给出了江顺大桥考虑车辆影响的桥梁断面三分力系数（取自文献[14]），图2给出了考虑车辆影响的江顺大桥气动导数（取自文献[15]）.桥梁抖振力的空间相关性可以用相关函数表示，相关函数通常表示成指数衰减函数

coh（f，Δ）=exp （-Cf・ΔU）. （9）

式中：C为衰减因子，即抖振力的空间相关系数，如式（6a～f）；f为抖振力的频率；Δ为两排测压孔之间的距离；U为平均风速.在主梁节段模型的不同断面上布置了测压孔，通过对各个截面进行压力积分得到各截面的抖振力，然后对抖振力进行相关分析并采用非线性最小二乘拟合得到抖振力的空间相关系数，见表1.文中对脉动风场的相关性没有进行相关测试，根据经验取顺风向和竖风向脉动风空间相关系数均为16.

采用ANSYS建立桥梁有限元模型，计算得到的桥梁结构前10阶动力特性见表2，结构阻尼比取0.005.首先分别取前10和20阶桥梁振型进行车桥耦合振动计算，计算得到的桥梁和车辆动力响应非常接近，故为了节省计算时间，桥梁振型只取前10阶进行相关计算.

本文采用侧面面积比较大的集装箱2轴车辆作为分析对象，车辆的模型及主要参数参考文献[13]，车辆的气动力系数参考文献[14]，如图3所示.

（a） 立面图（b） 标准钢箱梁断面图

图1江顺大桥的整体布置图（单位：cm）

Fig.1The sketch of Jiangshun Bridge （unit： cm）

顺风向的功率谱采用Kaimal谱，竖风向采用Lumley和Panofsky提出的功率谱[16]，采用Davenport相关函数，顺风向和竖风向脉动风速的空间相关系数均取16.频率采样点数为1 024，截止频率为2π，平均风速为20 m/s.采用谐波合成法[17]沿桥纵向共模拟了99个点的脉动风时程.假定桥面粗糙度是一零均值的平稳高斯随机过程，利用离散傅立叶逆变换计算得到路面不平度值，本文只考虑良好路面一种情况，粗糙度系数取20× 10-6 m3/circle.

2.2计算结果及分析

2.2.1抖振力空间相关性对桥梁动力响应的影响

计算中桥梁气动参数取表1和图2给出的气动参数，车辆气动参数取图3中拟合的车辆气动力系数，平均风速取5 m/s， 10 m/s， 15 m/s， 20 m/s， 25 m/s和30 m/s，车辆行驶速度为20 m/s，考虑一辆车辆，车辆距桥中心线的距离为15 m.受篇幅限制，本文只给出部分计算结果，图4给出了平均风速为20 m/s时桥梁位

图4抖振力空间相关性对桥梁位移响应的影响

Fig.4Effect of the coherence of buffeting forces on the displacement responses of the bridge

图5桥梁位移响应随风速变化情况

Fig.5The displacement responses of the bridge vs. the wind velocity

移响应沿桥纵向位移的变化情况.图5给出了桥梁跨中位移响应随风速变化的情况.

由图4可见，抖振力空间相关性对桥梁的动力响应影响显著，考虑抖振力空间相关性的桥梁动力响应明显大于未考虑抖振力空间相关性的结果.抖振力空间相关对跨中位移的影响大于对边跨位移的影响，对侧向位移的影响小于竖向及扭转角位移的影响.

由图5同样可以看出考虑抖振力空间相关性的桥梁动力响应明显大于未考虑抖振力空间相关的，而且影响随着风速增大而增大.

2.2.2抖振力空间相关性对车辆动力响应的影响

图6给出了车辆相对位移响应随着风速变化的情况.作用在车辆上的相对风速的风偏角随着风速

的增大而增大.从图中可以看出，车辆竖向位移的平均值随着风速的增大而先增大后减小，车辆侧翻角位移平均值随着风速的增大而减小，车辆侧向位移平均值随着风速的增大而减小，车辆各方向位移平均值的变化趋势与对应的车辆气动力随着相对风偏角的变化趋势一致.而且基本不受抖振力空间相关性的影响.车辆各方向位移的均方根均随着风速的增大而增大，抖振力空间相关性对其有一定的影响.在低风速时，基本没有影响，在高风速时，使车辆相对竖向位移的均方根减小，而使车辆相对扭转角和侧向位移的均方根略微增大.3结论

本文提出了一套考虑桥梁抖振力空间相关性的风车桥耦合振动分析方法，并编制了相应的计算程序.通过对江顺大桥的计算分析，可以得出以下结论：

1） 考虑抖振力空间相关性的桥梁动力响应明显大于未考虑抖振力空间相关性的结果，而且这种影响随着风速增大而增大.另外，抖振力空间相关对跨中位移的影响大于对边跨位移的影响，对侧向位移的影响小于竖向及扭转角位移的影响.

2） 抖振力空间相关性对车辆各相对位移响应的平均值基本没有影响，但对车辆各相对位移响应的均方根有一定影响，在高风速时，使车辆相对竖向位移的均方根减小，而使车辆相对扭转角和侧向位移的均方根略微增大.

因此，在风车桥耦合振动分析中有必要考虑抖振力空间相关性的影响.

参考文献

[1]夏禾， 徐幼麟， 阎全胜. 大跨度悬索桥在风与列车荷载同时作用下的动力响应分析 [J]. 铁道学报， 2002， 24（4）：83-91.

XIA He， XU Youlin， YAN Quansheng. Dynamic response of longspan suspension bridge to high wind and running train [J]. Journal of the China Railway Society， 2002， 24（4）： 83-91. （In Chinese）

[2]XU Y L， GUO W H. Dynamic analysis of coupled road vehicle and cablestayed bridge system under turbulent wind [J]. Engineering Structures， 2003， 25（4）：473-486.

[3]CAI C S， CHEN S R. Framework of vehiclebridgewind dynamic analysis[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics， 2004， 92（7/8）：579-607.

[4]LI Y L， QIANG S Z， LIAO H L，et al.Dynamics of windrail vehiclebridge systems [J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics， 2005， 93（6）：483-507.

[5]韩万水， 陈艾荣. 风汽车桥梁系统空间耦合振动研究 [J]. 土木工程学报， 2007， 40（9）：53-58.

HAN Wanshui， CHEN Airong. Threedimensional coupling vibration of windvehiclebridge system [J]. China Civil Engineering Journal， 2007， 40（9）： 53-58.（In Chinese）

[6]LAROSE G L.The dynamic action of gusty winds on longspan bridges[D]. Copenhagen： Department of Civil Engineering， Technical University of Denmark， 1997：105-180.

[7]KIMURA K，FUJINO Y，NAKATO S.Characteristics of buffeting forces on flat cylinders [J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，1997， 69/71：365-374.

[8]许志豪. 紊流风对大跨度分体双箱梁桥梁的作用 [D]. 上海： 同济大学土木工程学院， 2006： 151-180.

HUI M C H .Turbulent wind action on long span bridges with separated twingirder decks [D]. Shanghai： School of Civil Engineering， Tongji University， 2006：151-180. （In Chinese）

[9]韩艳. 桥梁结构复气动导纳函数与抖振精细化研究 [D]. 长沙： 湖南大学土木工程学院， 2007： 155-165.

HAN Yan. Study on complex aerodynamic admittance functions and refined analysis of buffeting response of bridges [D]. Changsha： College of Civil Engineering， Hunan University， 2007：155-165. （In Chinese）

[10]赵传亮. 箱形主梁抖振力空间相关性及其对桥梁抖振响应的影响 [D]. 上海： 同济大学土木工程学院， 2009： 69-87.

ZHAO Chuanliang. Box girder buffeting influence of spatial correlation and buffeting response of the bridge [D]. Shanghai： School of Civil Engineering， Tongji University， 2009：69-87. （In Chinese）

[11]张冠华，赵林，葛耀君. 流线型闭口箱梁断面风荷载空间相关性试验研究 [J]. 振动与冲击， 2012， 31（2）：76-80.

ZHANG Guanhua， ZHAO Lin， GE Yaojun. Spatial correlation of wind loads for crosssection of a streamlined closed box girder [J]. Journal of Vibration and Shock， 2012， 31（2）：76-80. （In Chinese）

[12]李少鹏，李明水，马存明，等. 大跨桥梁抖振力与脉动风速空间相关性的对比研究 [J]. 空气动力学学报， 2013， 31（6）：797-800.

LI Shaopeng， LI Mingshui， MA Cunming， et parison of the spatial correlation of the buffeting force on long span bridge and wind fluctuations [J]. Acta Aerodynamica Sinica， 2013， 31（6）： 797-800. （In Chinese）

[13]HAN Y， CAI C S， ZHANG J R，et al.Effects of aerodynamic parameters on the dynamic response of road vehicles and bridges under cross winds [J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics， 2014， 134：78-95.

[14]HAN Y， HU J X， CAI C S，et al.Experimental and numerical study of aerodynamic forces on vehicles and bridges [J]. Wind and Structures， 2013， 17（2）：163-184.

[15]HAN Y， LIU S Q， CAI C S，et al.Experimental study on aerodynamic derivatives of a bridge crosssection under different traffic flows [J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics， 2014， 133：250-262.

第9篇：车辆工程的研究方向范文

Abstract： This paper illustrates key technologies of electrical transmission generally and introduces five kinds of key technologies of vehicle with electrical transmission： DC and AC motor technology， electrical transmission general technology， high power density electric propulsion technology， force distribution and power management technology， electromagnetic compatibility technology. Finally， this paper discusses the prospect of electrical transmission vehicle in two aspects： the hybrid system and full-electrical vehicle.

关键词： 电传动；装甲车辆；全电车辆

Key words： electrical transmission；armored vehicle；all electric vehicle

中图分类号：TJ811 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）36-0113-02

0 引言

装甲车辆是陆军主要武器装备之一，以高机动性、快速部署著称，被广泛应用于军队快速机动作战中，同时在应对城市作战、反恐、防爆、维和等任务中也发挥着举足轻重的作用。随着技术的发展，现代战争对装甲车辆提出了许多采用传统机械车辆难以实现的要求，在此背景下电传动装甲车辆应运而生。电传动装甲车辆是指采用电传动作为车辆驱动力传动方式的装甲车辆。电传动装甲车辆具有强大的越野性能、良好的加速性能、较经济的燃油消耗、易于保障及可静音行驶等优点，同时可为未来电磁炮和电磁装甲等新概念武器、防护装置提供可靠的电能保证，已成为装甲车辆的一个重要的发展方向。

1 电传动总体简介

全电战斗车辆是武器、装甲和传动系统均全部采用电力方式的战斗车辆。全电战斗车辆中的电传动技术引起了研究人员的关注。

电传动方式是将机械能转化为电能然后再转化为机械能的传动方式。电传动具有无级变速、布局灵活、效率较高、动车制动行驶安全的优点。电传动系统能够方便地对转速和转矩进行测定，并据此实现反馈控制，故可以发动机保持在最佳的工作状态，降低了车辆的燃油消耗率。但是电传动由其成本较高的缺点，自重大并对有色金属原料的消耗很高，大重量车辆更适合选择电传动方式。

主流的两种电传动方案如图1和图2所示。

图1结构发动机发电给车体左右电动机供电，通过控制两边电机的转速差实现转向。图2结构发动机带动发电机向牵引电机供电，通过传动轴带动左右侧车轮行驶；转向时，转向电动机提供转向功率，通过转向传动轴调节两侧履带的速度。

2 电传动装甲车辆的关键技术

2.1 直流和交流

电传动坦克所采用的发电机经历了从直流到交流的过程，早期电传动装甲车辆采用的均为直流发电机，八十年代以后电传动装甲车辆开始逐渐采用交流发电机。与直流发电机相比，交流发电机没有电刷，故不会出现电刷损耗，结构更为紧凑，效率更高，交流发电机和直流发电机相比，结构紧凑，效率高。由交流发电机产生的交流电，经过整流器整流后变为直流电，直接驱动直流电动机。

2.2 电传动总体技术

电传动结构安排，空间布置和控制策略非常灵活，不同的配置有不同的整车性能。故电传动车辆的设计方案根据车辆功能型号的不一样也有很大的不同。所以，对车辆进行总体设计及布局研究是电传动技术中相当重要的部分。

整车综合协调技术不仅是系统工程的核心控制技术，而且也是电传动的总体技术之一。整车综合协调控制也应该是建立在发动机-发电机组控制器和电动机组控制器基础之上，并将两者有机结合，且包含动力分配、能量管理、故障诊断等工作的一种综合控制。

2.3 高功率密度电子推进技术

全电战斗车辆需要低速大扭矩、体积小和功率大的牵引电机。电传动战斗车辆驱动电机有直流和交流电机。由于交流电机易于维护和耐用的优点，直流电机逐渐被交流电机取代。

与感应电机相比，永磁同步电机体积小、重量轻、效率高，虽然成本较高，大扭矩、大调速范围的实现需要弱磁控制，但永磁同步电机更适合于电传动车辆。

2.4 动力分配与能量管理

车辆制动过程和转向过程中伴随着能量的转移、再生利用。车辆重量越大，该过程所需能量越大。

随着电力电子技术的发展，再生能量的反馈和控制成为了可能。能量管理也已经成为提高整车效率和性能的关键。研究人员提出了各种方案，主体思想为凭借能量管理系统对车辆再生能量储存到储能设备中，当车辆爬坡、加速及转向时释放出来，为车辆提供较大的瞬时功率，节省能源，节约成本。

2.5 电磁兼容技术

在全电战斗车辆中，高电流和电能的快速转换会造成电磁干扰。永磁同步电机控制系统主电路中大功率开关器件在高频率开关工作条件下也会引起电磁干扰，而且器件在电压不为零的情况下开通关断带来的开关功率损耗会造成器件温度升高导致器件性能下降，所以限制了PWM的频率，不便于系统输出脉动的削减。针对此问题，研究人员开发出了直流环节谐振型逆变器和极谐振型软开关逆变器近来出现了直流环节谐振型逆变器和极谐振型软开关逆变器，该逆变器采用软开关技术，在器件端电压为零或流经电流为零时实现开关的通断，开关损耗和电磁干扰均比较小，噪声低，功率密度高，比较可靠。

3 坦克电传动系统展望

3.1 动力系统混合化

未来坦克电传动系统更倾向于采用混合动力源，即由发动机、发电机组和蓄电池组组成的动力系统。由于蓄电池组的存在，使车辆静音行驶，加速或爬坡时增大瞬时功率，下坡、减速或制动时再生制动能量的回收利用等成为可能，从而大大提高了履带车辆的动力性。

3.2 全电坦克

电磁炮、电热炮、车辆电子系统、控制与诊断系统、电磁装甲等都未来装甲车辆发展趋势都需要电能的支撑，电传动车辆采用的发电机产生的电能为这些技术的发展提供了基础。将履带车辆技术发展到“全电坦克”，战斗车辆的综合性能将更加优良，战斗车辆的火力、机动性能和防护性能都会有长足的进步。

4 结语

尽管我国在电传动技术领域已经有所突破，但在全电化陆战平台的高功率电机设计与控制、多电机协调控制、机电复合制动与能量回收、行驶控制、热管理系统等关键技术尚待突破。

参考文献：

[1]李建军， 盛洁波，王翠，等.异步电机定转子参数的辨识方法研究[J].电工技术学报，2006，21（1）：70-74.

[2]崔纳新，张承慧，李珂，等.基于参数在线估计的交流异步电动机效率最优控制[J].电工技术学报，2007，22（9）：80-85.

[3]Rehman H U， Derdiyok A， Guven M K， et al. An MRAS scheme for on-line rotor resistance daptation of an induction machine[C]//Vancouver， BC： Power Electronics Specialists conference （PESC）， 2001 IEEE 32nd Annual， 2001.

[4]凌强，徐文立，陈峰.关于感应电机转速观测和转子电阻辨识的研究[J].中国电机工程学报，2001，21（9）：58-62.

[5]陆海峰，瞿文龙，张磊，等.一种基于无功功率的异步电机矢量控制转子磁场准确定向方法[J].中国电机工程学报，2005，25（16）：116-120.

[6]Soto G G， Mendes E， Razek A. Reduced-order observers for rotor flux， rotor resistance and speed estimation for vector-controlled induction motor drives using the extended Kalman-filter technique[J]. IEEE Proceedings： Electric Power Applications， 1999， 146（3）： 282-288.

[7]Yu X， Dunnigan M W， Williams B W. A novel rotor resistance identification method for an indirect rotor flux-orientated controlled induction machine system[J]. IEEE Transactions on Power Electronics， 2002， 17（3）： 353-364.

[8]夏超英.交直流传动系统的自适应控制[M].北京：机械工业出版社，1998.