基于數據驅動的非線性車輛系統動力學研究專題序

王開云 李韶華

* (西南交通大學索引動力國家重點實驗室,成都 611756)

? (石家莊鐵道大學省部共建交通工程結構力學行為與系統安全國家重點實驗室,石家莊 050043)

《交通強國建設綱要》指出:“建設交通強國是建設現代化經濟體系的先行領域,是全面建成社會主義現代化強國的重要支撐.”近年來,在國家有關部門的大力支持下,我國在交通領域取得了舉世矚目的成就.對于道路和軌道交通系統而言,車輛是核心要素,國內外學者圍繞車輛動力學開展的基礎科學和工程應用研究已經在多個方面取得了豐碩的成果和技術突破.作為力學學科的重要分支,無論是機車車輛動力學還是汽車動力學,目前已初步形成了一套較為系統的理論、方法和技術體系.

隨著信息技術、人工智能、數據挖掘等技術的快速發展,這些新技術已經與交通行業產生了深度融合,極大地豐富了車輛動力學領域的研究內涵和外延,對于加快智慧交通建設、提升本質安全水平具有重要意義.為了系統報道該領域的交叉研究進展,《力學學報》組織了“基于數據驅動的非線性車輛系統動力學研究”專題,包括1 篇綜述和9 篇研究論文.

在機車車輛動力學方面,顧曉輝和楊紹普等撰寫的《高速列車軸箱軸承健康監測與故障診斷研究綜述》論文,總結了軸箱軸承健康監測與診斷系統的發展概況,梳理了國內外學者在軸箱軸承動力學機理分析、故障診斷方法等方面的研究現狀和研究思路,并對軸箱軸承健康監測與故障診斷研究的發展趨勢進行了展望.謝博和王開云等撰寫的《基于優化多核極限學習機的車輪多邊形磨耗識別》論文,以列車軸箱垂向加速度反映的各階次多邊形幅值和熵指標為特征,基于遺傳變異粒子群優化多核極限學習機模型實現了車輪多邊形磨耗幅值的識別.史禾慕和曾曉輝等撰寫的《輪對非線性動力學系統蛇行運動的解析解》論文,推導了兩自由度輪對系統極限環幅值和非線性臨界速度的解析表達式,用于快速比較不同組合下的參數匹配關系,為轉向架結構設計與參數優化提供指導.劉禹清和陳再剛等撰寫的《復雜機車振動環境下牽引電機軸承服役壽命評估》論文,建立了具有牽引動力傳動系統的機車-軌道耦合動力學模型,利用線性損傷累積準則和ISO 281 標準,評估了復雜機車振動環境下牽引電機軸承的使用壽命.秦天宇和吳圣川等撰寫的《基于實測載荷譜的重載鐵路貨車車鉤鉤尾框剩余壽命預測》論文,以國產16/17 型車鉤鉤尾框為對象,建立了含初始裂紋缺陷的鉤尾框有限元模型,采用NASGRO 方程開展了傷損鉤尾框剩余壽命預測,研究結果可為重載鐵路貨車鉤尾框檢修周期的優化提供基本參考.王寶森和劉永強等撰寫的《變轉速工況下高速列車軸承轉子系統特性分析》論文,建立了變轉速工況下軸箱軸承轉子系統動力學模型,利用軸心軌跡的二維不變矩定量分析了外圈、內圈和滾動體故障對系統穩定性的影響,確定了在不同轉速下和不同故障下臨界狀態對應的最大故障尺寸.

在汽車動力學方面,李韶華和王桂洋等撰寫的《基于DRBF-EKF 算法的車輛質心側偏角與路面附著系數動態聯合估計》論文,提出了一種結合PCA、擴展卡爾曼濾波、K-means 算法改進的RBF 神經網絡的數據驅動方法,用于車輛質心側偏角和路面附著系數的動態聯合估計.汪洪波等撰寫的《基于FFUKF 路面附著系數估計的汽車牽引力控制》論文,針對傳統卡爾曼濾波難以跟蹤時變非線性的問題,設計了一種基于模糊遺忘因子的無跡卡爾曼濾波方法用于后驅牽引車的路面附著系數估計和驅動輪滑轉率控制.姚淇和杜秋月撰寫的《基于數據驅動的全線控底盤縱臂式懸架系統研究》論文,基于數據驅動背景,開展了懸架系統關鍵參數獲取與辨識,提出了一種雙縱臂式主動懸架系統方案,為搭載此懸架系統的全線控底盤實現大行程升降奠定基礎.方培俊和蔡英鳳等撰寫的《基于ED-LSTM 的智能汽車神經網絡橫向動力學建模與控制》論文,提出了一種基于數據驅動的非線性建模與控制方法,使用新型神經網絡車輛橫向動力學多步預測模型,實現了智能汽車對參考軌跡的跟蹤控制.

由于專題篇幅限制,本次專題僅粗略涵蓋了車輛系統動力學建模與狀態參數估計、車輛復雜運行環境智能感知與在線檢測、車輛關鍵部件典型故障機理與故障診斷等方面的內容.期望以本專題為契機,進一步促進車輛動力學與信息技術、人工智能等學科的交叉融合,面向車輛智能化發展中的卡脖子問題開展深入研究,服務交通強國重大需求.最后,感謝《力學學報》編輯部、論文作者和審稿專家對本專題的大力支持！