大型营运客车运行安全性能监测方法研究

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1、大型营运客车运行安全性能监测方法研究李文亮2015年1月中图分类号：U491UDC分类号：656大型营运客车运行安全性能监测方法研究作者姓名李文亮学院名称机械与车辆学院指导教师高利教授答辩委员会主席关宏志教授申请学位工学博士学科专业载运工具运用工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月IStudyonOperationalSafetyPerformanceMonitoringMethodforLargeCommercialMotor-VehiclesofPassengerTransportCandidateName：WenliangLiSchoolorDepa

2、rtment:SchoolofMechanicalEngineeringFacultyMentor:Prof.LiGaoChair,ThesisCommittee：Prof.HongzhiGuanDegreeApplied:DoctorofPhilosophyMajor：VehicleOperationEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015II研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特

3、别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：IV摘要遏制营运车辆导致的群死群伤事故一直是我国道路交通安全管理的重点工作。营运车辆本身因素是造成道路交通事故的主要原因之一。在车辆运行过程中，其技术性能变差、关键零部件损坏失灵会造成事故的意外发生。本论文以造成群死群伤交通事故比重较大的大型营运客车为研究对象，研究提出制动系统与转向系统安全性能以及行驶系统疲劳可靠性监测方法

4、，研究成果的应用对于遏制群死群伤事故的发生具有重要意义。具体研究内容和结论如下：（1）构建了大型营运客车运行安全性能监测方案与实车试验平台。结合目前营运客车安全性能监测存在的关键问题，通过分析大型客车气压制动系统、液压助力转向系统工作过程以及行驶系统疲劳可靠性的主要影响因素，研究提出了制动系统与转向系统运行安全性能以及行驶系统疲劳可靠性监测方案。按照监测方案，确定了需要采集的信号和需要加装的传感器，搭建了基于VBOX的制动系统、转向系统安全性能监测试验平台（简称VBOX试验平台）和基于eDAQ的行驶系统疲劳可靠性监测试验平台（简称eDAQ试验平台）。VBOX试验平台和eD

5、AQ试验平台能够实现监测方案所需信号的同步采集、实时监测与数据处理，能够满足本论文研究工作的需要。（2）建立了大型客车整车动力学仿真模型，并进行了实车试验验证。参照福田某大型客车，利用Trucksim动力学仿真软件，建立了大型客车动力学仿真模型；进行了稳态转向实车试验与仿真试验，对比分析了车辆侧向加速度、侧倾角、横摆角速度等参数的稳态值，各项参数最大相对误差在10%以内，验证了所建车辆动力学仿真模型的有效性。（3）提出了典型制动工况下的制动系统状态监测方法。基于平稳制动、下坡恒速制动和直线紧急制动典型工况对客车制动系统进行综合监测。对平稳制动时的制动器制动力矩估计、下坡恒

6、速制动时的制动效能监测以及直线紧急制动时充分发出的平均制动减速度(MFDD)估算进行了理论分析。在理论分析的基础上，利用VBOX试验平台进行了平稳制动实车试验，回归建立了制动踏板力、制动踏板位移与制动器制动力矩的关系模型。进行了直线紧急制动实车试验、平稳制动和下坡恒速制动仿真实验与故障模拟试验，验证了理论分析的正确性。I（4）提出了基于卡尔曼滤波残差移动平均值的转向系统状态监测方法。建立了三自由度大型客车模型，构建了卡尔曼滤波状态估计器；卡尔曼滤波状态估计器以转向盘转角和车速为输入信号，以侧向加速度为测量信号，实现车辆横摆角速度的实时估计；将横摆角速度估计值与测量值对比产

7、生残差，计算残差移动平均值；分析转向系统性能良好时残差的移动平均值，设定故障判定阈值，超出阈值判定系统出现故障。进行稳态转向实车试验和故障模拟试验验证了该方法的有效性。（5）提出了考虑车辆行驶速度分布的行驶系统疲劳可靠性监测方法。基于名义损伤疲劳寿命预测理论和Miner线性累积损伤法则，主要分析了车辆行驶速度对疲劳寿命的影响，提出了不同速度段的当量系数，建立了行驶系统疲劳可靠性监测模型。利用eDAQ试验平台采集了大型客车轴头载荷数据，计算了不同速度段的当量系数。根据设计目标可靠性、车辆行驶速度分布以及当量系数实现了四条不同运营