基于数据驱动的非线性车辆系统动力学研究专题序

王开云 李韶华

* (西南交通大学索引动力国家重点实验室,成都 611756)

† (石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室,石家庄 050043)

《交通强国建设纲要》指出:“建设交通强国是建设现代化经济体系的先行领域,是全面建成社会主义现代化强国的重要支撑.”近年来,在国家有关部门的大力支持下,我国在交通领域取得了举世瞩目的成就.对于道路和轨道交通系统而言,车辆是核心要素,国内外学者围绕车辆动力学开展的基础科学和工程应用研究已经在多个方面取得了丰硕的成果和技术突破.作为力学学科的重要分支,无论是机车车辆动力学还是汽车动力学,目前已初步形成了一套较为系统的理论、方法和技术体系.

随着信息技术、人工智能、数据挖掘等技术的快速发展,这些新技术已经与交通行业产生了深度融合,极大地丰富了车辆动力学领域的研究内涵和外延,对于加快智慧交通建设、提升本质安全水平具有重要意义.为了系统报道该领域的交叉研究进展,《力学学报》组织了“基于数据驱动的非线性车辆系统动力学研究”专题,包括1 篇综述和9 篇研究论文.

在机车车辆动力学方面,顾晓辉和杨绍普等撰写的《高速列车轴箱轴承健康监测与故障诊断研究综述》论文,总结了轴箱轴承健康监测与诊断系统的发展概况,梳理了国内外学者在轴箱轴承动力学机理分析、故障诊断方法等方面的研究现状和研究思路,并对轴箱轴承健康监测与故障诊断研究的发展趋势进行了展望.谢博和王开云等撰写的《基于优化多核极限学习机的车轮多边形磨耗识别》论文,以列车轴箱垂向加速度反映的各阶次多边形幅值和熵指标为特征,基于遗传变异粒子群优化多核极限学习机模型实现了车轮多边形磨耗幅值的识别.史禾慕和曾晓辉等撰写的《轮对非线性动力学系统蛇行运动的解析解》论文,推导了两自由度轮对系统极限环幅值和非线性临界速度的解析表达式,用于快速比较不同组合下的参数匹配关系,为转向架结构设计与参数优化提供指导.刘禹清和陈再刚等撰写的《复杂机车振动环境下牵引电机轴承服役寿命评估》论文,建立了具有牵引动力传动系统的机车-轨道耦合动力学模型,利用线性损伤累积准则和ISO 281 标准,评估了复杂机车振动环境下牵引电机轴承的使用寿命.秦天宇和吴圣川等撰写的《基于实测载荷谱的重载铁路货车车钩钩尾框剩余寿命预测》论文,以国产16/17 型车钩钩尾框为对象,建立了含初始裂纹缺陷的钩尾框有限元模型,采用NASGRO 方程开展了伤损钩尾框剩余寿命预测,研究结果可为重载铁路货车钩尾框检修周期的优化提供基本参考.王宝森和刘永强等撰写的《变转速工况下高速列车轴承转子系统特性分析》论文,建立了变转速工况下轴箱轴承转子系统动力学模型,利用轴心轨迹的二维不变矩定量分析了外圈、内圈和滚动体故障对系统稳定性的影响,确定了在不同转速下和不同故障下临界状态对应的最大故障尺寸.

在汽车动力学方面,李韶华和王桂洋等撰写的《基于DRBF-EKF 算法的车辆质心侧偏角与路面附着系数动态联合估计》论文,提出了一种结合PCA、扩展卡尔曼滤波、K-means 算法改进的RBF 神经网络的数据驱动方法,用于车辆质心侧偏角和路面附着系数的动态联合估计.汪洪波等撰写的《基于FFUKF 路面附着系数估计的汽车牵引力控制》论文,针对传统卡尔曼滤波难以跟踪时变非线性的问题,设计了一种基于模糊遗忘因子的无迹卡尔曼滤波方法用于后驱牵引车的路面附着系数估计和驱动轮滑转率控制.姚淇和杜秋月撰写的《基于数据驱动的全线控底盘纵臂式悬架系统研究》论文,基于数据驱动背景,开展了悬架系统关键参数获取与辨识,提出了一种双纵臂式主动悬架系统方案,为搭载此悬架系统的全线控底盘实现大行程升降奠定基础.方培俊和蔡英凤等撰写的《基于ED-LSTM 的智能汽车神经网络横向动力学建模与控制》论文,提出了一种基于数据驱动的非线性建模与控制方法,使用新型神经网络车辆横向动力学多步预测模型,实现了智能汽车对参考轨迹的跟踪控制.

由于专题篇幅限制,本次专题仅粗略涵盖了车辆系统动力学建模与状态参数估计、车辆复杂运行环境智能感知与在线检测、车辆关键部件典型故障机理与故障诊断等方面的内容.期望以本专题为契机,进一步促进车辆动力学与信息技术、人工智能等学科的交叉融合,面向车辆智能化发展中的卡脖子问题开展深入研究,服务交通强国重大需求.最后,感谢《力学学报》编辑部、论文作者和审稿专家对本专题的大力支持！