重庆交通大学学报（自然科学版）

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浓雾区路段安全预警系统对驾驶行为影响研究

常鑫1，李海舰2，荣建2，赵晓华2，刘莲莲2

2021, 40(12): 1-6. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.12.01

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为研究安全预警系统对高速公路浓雾区路段控速行为和驾驶安全性的影响，搭建了不同安全预警系统下驾驶模拟环境，通过驾驶模拟实验获取了35位驾驶员的驾驶行为数据。将研究路段分为3部分（无雾区、雾区渐变段和浓雾区域），分析不同实验条件（无预警、动态信息标志预警、车载预警、车载预警&动态信息标志预警）对控速行为和驾驶安全性的影响。研究结果表明：驾驶员的个体属性（性别、年龄和驾驶经验）对驾驶员进入雾区前后的控速行为没有显著性影响，雾区预警系统对驾驶员进入雾区前后的控速行为表现出显著影响；在车载预警条件下，驾驶员进入雾区前控速行为准备更充足，且进入雾区后运行稳定性较好；预警信息可以提高雾区前后的纵向驾驶安全水平，且车载预警系统开启时，纵向驾驶安全水平更高。

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融合眼动和脑电特征的疲劳驾驶检测研究

徐军莉,王平,穆振东

2021, 40(12): 7-11. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.12.02

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疲劳驾驶是导致交通事故的主要因素, 采用脑电或眼动特征来检测疲劳驾驶是常用的方法。相对眼动特征, 采用脑电特征检测率高但稳定性不如眼动特征。为了获得高且稳定的检测率, 首先利用小波熵函数从脑电电极CP4、TP8、T5、P3、Pz、P4、T6、O1、Oz、O2中提取脑电特征, 然后将脑电特征和眼睛的扫视长度进行融合, 利用KNN算法建立基于融合特征的疲劳检测模型。最后将基于融合特征的检测模型与基于脑电特征的检测模型进行比较。结果发现：两个检测模型的检测均值相差不多,但就检测稳定性来比较,基于融合特征的模型比基于脑电特征的模型更加稳定。

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基于KNN的机场航班短期延误风险预测

刘继新1,2，杨光1,2

2021, 40(12): 12-18. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.12.03

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针对当前民航延误问题仍然十分突出的现状，将航班发生短期延误的时长及其发生概率视为一种风险问题，考虑恶劣天气影响，将航班随外部运行环境的随动性变化与挖掘航班历史数据结合，对该风险进行评估预测。选用主成分分析法对众多因素进行分析和筛选，确定延误的关键影响因素，作为分类预测算法的样本属性。采用KNN算法建模，结合历史航班运行数据和天气数据，对机场短期内离港的单航班起飞延误状况及风险值进行预测。实验结果表明，主成分分析法能够在变量间存在信息重叠的情况下较为准确地找出关键因子，在此基础上采用KNN算法对航班延误风险进行预测，能够取得较好效果，具有实际应用意义。

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道路复杂交通场景下的改进MDnet目标跟踪算法

王小平1，施新岚2

2021, 40(12): 19-26. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.12.04

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针对道路复杂交通场景下机动车、非机动车以及行人目标遮挡、目标旋转变换、尺度变换、目标快速运动等因素造成运动目标图像区域模糊，视频图像序列中的光照突变、背景杂波等干扰因素造成运动目标图像特征信息缺失或被破坏等问题导致跟踪目标准确率不足的问题，研究并分析了图像序列中运动目标的时间相关性，改进了MDnet算法。提出一种收集前序图像中目标的光流特性时间信息，利用光流场中运动目标的光流变化信息确定运动目标探索空间，从而预测当前帧目标所在位置的运动目标跟踪算法。在获取运动目标探索空间后，利用小型卷积核以小视野的方式提取探索空间纹理信息，模型训练中采用了边长为(1+70%)r的探索空间，并利用long-term与short-term互补更新方式，每5帧主动更新，出现20个候选框评分低于准确率阈值0.65时被动更新。研究结果表明：在典型的复杂交通道路目标遮挡、目标跟踪干扰与运动模糊场景中，改进后的MDnet运动目标跟踪准确率为95.93%，相比改进前的MDnet，目标跟踪准确率提升了2.01%，并且模型拟合速度、目标跟踪准确率性能表现更优，利用轨迹预测、小型卷积核的改进MDnet能有效提升道路复杂交通场景下的目标遮挡、目标快速运动跟踪性能。

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考虑交叉口延误的交通微循环路网优化研究

张丽莉，高雪溢

2021, 40(12): 27-32. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.12.05

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针对我国干路拥堵且支路利用率不高的问题，利用交通微循环理论，考虑交叉口对路网延误的影响，构建了考虑交叉口延误的交通微循环路网优化双层模型。上层模型在路段饱和度、通行能力和投资额度的约束下，确定构成交通微循环网络的道路，并对选取的道路确定其改建程度，使得规划区域内路网平均行程速度最大；下层模型将交叉口延误与路段行驶时间相结合，构造路网总阻抗最小化函数，在满足上层模型的前提下，进行交通分配；并通过遗传算法建立了模型求解算法。最后，以大庆市新玛特地区的路网为研究对象进行实例分析。研究结果表明：进行交通微循环路网优化后，干路平均饱和度由0.72降低至0.65，路网平均饱和度由0.65降低至0.43，所提出的方法能够在投资额度允许的范围内使得路网运营效益最大化。

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基于神经网络的无信号控制交叉口内车速预测模型对比

马莹莹，张子豪，吴嘉彬

2021, 40(12): 33-41. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.12.06

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城市道路交叉口是交通冲突和交通事故的集中发生地，尤其是无信号控制交叉口，而车速是影响交叉口安全的重要因素，为了能高效准确地预测车辆通过交叉口的速度值，建立了基于神经网络的无信号控制交叉口内车速预测模型。首先，通过录像的方式对广州市建设路-建设大道交叉口进行拍摄，并利用tracker视频识别软件对拍摄交叉口进行数据提取并分类，共收集了700份有效数据；其次，利用相关性分析，确定了影响车辆通过无信号控制交叉口内平均速度的显著因素，并把它们作为预测模型的输入；最后，分别使用BP神经网络、GA-BP神经网络、深度神经网络(DNN)、自适应模糊推理系统(ANFIS)进行测试，并利用4种评价指标对模型的预测效果进行对比分析。预测结果表明：4种模型都能很好的拟合车辆通过交叉口的平均速度与其影响因素之间复杂的关系，其中DNN预测精度为94.44%，BP神经网络预测精度为89.08%，利用遗传算法(GA)改进的BP神经网络预测精度在训练集上提升了1.55%，测试集上提升了2.17%，ANFIS的预测精度为84.42%。

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高速公路改扩建施工期车辆强制变道持续时间研究

程金生1，张彦宁2，孟凌霄1，张立明3

2021, 40(12): 42-46. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.12.07

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高速公路改扩建施工期间采用封闭部分行车道、边施工边运营的措施将导致车辆在进入施工路段前发生强制变道，易造成追尾、侧向碰撞等交通事故。为分析车辆进入施工路段前的强制变道行为，设计了驾驶模拟实验并采集了变道特征点的时间、空间数据。针对数据特点，提出Log-rank统计检验和Cox风险比例模型的生存分析方法，并对强制变道持续时间进行了分析。结果表明：当施工路段位于右转圆曲线时，驾驶员强制变道行为发生在更靠近施工路段位置，3种线形条件下驾驶员均在进入上游过渡段后才完成变道行为。Log-rank检验结果表明：不同施工路段线形条件下的车辆强制变道持续时间显著不同，同时生存曲线估计提供了不同情况下强制变道行为持续时间的75%分位数。Cox模型结果表明：施工路段位于右转圆曲线时车辆强制变道持续时间更短，当施工路段位于右转圆曲线时强制变道行为结束的瞬时概率相比直线路段高75.49%。

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高海拔高速路动物穿行警示标志设置研究

韩万里1，吕云飞2，赵建有2

2021, 40(12): 47-53. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.12.08

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为合理设计、有效设置高海拔地区高速公路动物穿行警示标志，从驾驶人特性入手，采用行车样线法，在青海省共玉高速公路展开实地调查与实车测验。首先，以咨询专家、走访当地民众、交通管理部门协助方式对公路沿线牧区和自然保护区与动物穿行相关的情况进行调查与分析取证；其次，在自然驾驶条件下，在搭载GPS和两组高清行车记录仪车上同步采集不同海拔路段的驾驶人行车速度与其主观感受；最后，对动物穿行警示标志进行设计，同时提出了标志设置的最低要求，并基于高海拔区域驾驶人特性、减速操作曲线和视认距离模型构建了动物穿行警示标志的前置距离模型。根据研究结果，建议在自然保护区前，警示标志图案采用呈运动趋势的藏羚羊；牧区及放牧通道前的警示标志图案同理采用呈运动趋势的牦牛，黄底黑图案搭配。通过构建的前置距离模型，得出了基于驾驶人特性高海拔地区高速公路动物穿行警示标志的前置距离参照表。

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公路货运场站车货动态配载优化研究

张赫，王宇，刘宇，邢江豪

2021, 40(12): 54-61. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.12.09

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在公路货运场站内货车分批次进行运输任务的情况下，对各个时间段车辆与货物进行动态配载研究，加入了车辆周转行程时间预测，考虑到每批周转车辆的返回以及车辆保养维修等因素，以完成运输任务所需车辆数最小为目标函数，建立了车货动态配载模型。以某货运场站的运输任务为例，用解乘数法进行求解,并与相应静态配载案例进行对比。结果表明：该模型能够优化车辆资源配置，提高公路货运场站的经济效益和运作效率。

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基于TPI数据的居民出行路径选择行为研究

孙秋霞，张玉，赵术兰

2021, 40(12): 62-68. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.12.10

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考虑出行者的未知出行环境风险，基于前景理论，引入出行偏好等特征构建路径选择模型。基于实测数据，考虑路径行驶时间、红绿灯的等待时间等设置出行时间参考点，推导价值函数和决策权重函数；作备选路径的前景值与参考点的变化关系图，并将调查问卷数据与模型的结果进行对比检验。研究结果表明：前景理论能有效描述出行者的路径选择行为，参考点设定的大小对出行者的路径选择具有重要影响；参考点越大，两条备选路径的前景值越接近。因此，交通管理决策者应当根据路径的属性特点优化OD间网络结构，实现OD间的交通流状态达到平衡。

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长江经济带城市大气环境效率评价及空间差异分析

张羽1,毛焱颖2,焦柳丹1,吴雅3

2021, 40(12): 69-76. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.12.11

摘要 ( )

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基于长江经济带城市生态优先绿色高质量发展的背景，以长江经济带80个城市2005—2017年的面板数据为基础，考虑非期望产出的Super-SBM模型与Malmquist生产率指数相结合，构建包含SO2、烟（粉）尘、PM2.5共3类主要大气污染物的大气环境效率测度模型，并分析其空间差异性及动态演变特征。研究结果发现：长江经济带整体大气环境效率值较低，平均值为0.59，位于下游的上海、苏州、金华和无锡等城市的效率值显著优于其他城市，而淮南、广元和黄石等中上游城市的大气环境效率表现较差；从大气环境效率的空间分布来看，大气环境效率有效的城市多集中于长江下游，中上游城市的提升空间较大，特别是湘西、鄂中和成渝城市群；从大气环境效率的动态演变特征来看，在整个考察期内，大气环境效率的整体水平有7.6%的提高，92.5%的城市均有提升；根据Malmquist 生产率指数的分解结果显示，技术进步变化对大气环境效率的提高和改善占据主导作用。

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基于无人机机载LiDAR与BIM技术在复杂地形公路设计中的应用

相诗尧，徐润，姚守峰，张涛，王奕彤

2021, 40(12): 77-81. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.12.12

摘要 ( )

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针对复杂地形区域公路设计的特点，将无人机机载LiDAR与BIM技术结合应用于复杂地形区域的公路设计中，既可解决基础地理信息数据获取困难的问题，又能通过三维BIM设计手段验证方案的合理性及与现场环境的匹配程度。通过具体实例表明：该技术方法在复杂地形公路设计中优势明显，有助于提高勘测与设计质量。

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基于BIM技术的桥梁模型设计及信息处理研究

蒋浩鹏，姜谙男

2021, 40(12): 82-89. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.12.13

摘要 ( )

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随着我国桥梁设计手段不断更新，以BIM技术为主导的设计方式也在逐渐增多，但设计模式各不相同。为使BIM桥梁模型设计更加简便、准确及信息处理更加有效，首先立足于IFC标准为理论基础，结合我国桥梁设计及施工管理的技术路线，改进了基于IFC标准的BIM桥梁设计及施工管理技术模型；其次根据建筑信息模型分类标准构建了桥梁BIM模型信息数据编码规则，最后通过Revit软件对该项目成功进行了建模及深化设计等过程实践。研究成果可为BIM技术在我国桥梁建设中的发展提供理论支持和技术经验。

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悬索桥基准索股调整计算的改进方法

邓小康，孙杰

2021, 40(12): 90-95. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.12.14

摘要 ( )

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基于对悬索桥主缆线形和主缆变形与受力关系的分析，提出了一种悬索桥基准索股调整计算的改进方法。该方法采用泰勒公式将主缆线形方程在目标空缆状态处展开，求解展开后的方程即可获得索长调整量与主缆跨中矢高变化量之间的关系。同时分析了方法采用一阶、二阶泰勒展开式来拟合主缆线形方程的计算精度，研究了该方法在等高主塔、不等高主塔情况下的应用。算例结果表明：改进方法具有较高的精确度。

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矿料/沥青体系微细观接触摩擦效应对压实特性的影响

宿金菲，栗培龙，朱磊，董超

2021, 40(12): 96-102. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.12.15

摘要 ( )

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为探究沥青混合料的压实特性，通过旋转压实仪成型试件，采用密实曲线平均斜率K1、K2和密实能量指数CEI表征沥青混合料的压实特性。基于自主开发的矿料接触试验仪和界面接触滑移试验装置提出用最大滑移作用力和最大滑移剪应力分别表征颗粒系统和沥青混合料的接触特性。从微细观水平分析了矿料/沥青体系接触摩擦效应对压实特性的影响。试验结果表明：粗集料的数量越多，颗粒间的接触效应越显著，沥青混合料越难以压实；相比SMA-13和OGFC-13，AC-13的工作性较好；公称最大粒径越大，沥青混合料达到目标压实度所需的能力越多，抗滑移变形能力越好。沥青用量越多或压实温度越高均会导致沥青混合料的接触强度减弱，从而提高工作性；最大滑移剪应力比K2更适合评价开放交通后沥青混合料的压实特性。

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基于微观结构有机膨润土沥青基纳米复合材料相容性机理研究

孙吉书1，田红斌2

2021, 40(12): 103-109. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.12.16

摘要 ( )

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根据熔融插层复合的制备方法，分别制备几种不同掺量的无机和有机膨润土沥青基纳米复合材料，通过离析试验及常规指标试验筛选出有机膨润土，并基于SEM、XRD、FTIR从微观尺度表征了有机膨润土与沥青的相容性，最后检测了其应用性能。结果表明：有机膨润土可均匀的分散在沥青中，4%掺量的有机膨润土在沥青中的结构层间距最大且与沥青具有最强的吸附作用，可作为最佳掺量使用。应用性能表明：有机膨润土可以很大程度上改善沥青的高温性能，但对低温性能有负面影响，这为进一步复配其他改性剂来弥补复合材料的单项性能提供了理论依据。

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基于声发射的混凝土全时域损伤试验研究

杨康1，李冬雪2，何兆益2，周翰林1，李家琪1

2021, 40(12): 110-116. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.12.17

摘要 ( )

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为研究水泥混凝土全时域损伤破坏过程的声发射信号变化规律，对水泥混凝土试件进行单轴压缩试验，全程采用声发射进行损伤信号采集。将荷载-位移曲线与声发射信号参数相结合，对混凝土试件全时域损伤过程进行阶段划分，分析混凝土受载损伤各阶段声发射信号参数的变化特征；研究混凝土损伤破坏各阶段b值变化规律；引入频率因子H，分析试件损伤过程中频率变化。结果表明：混凝土损伤过程可分为4个阶段，声发射信号特征在各个阶段具有明显的差异；b值可作为混凝土损伤评价的重要手段，在损伤阶段划分时，相较声发射参数，b值更为简捷直观；高频率声发射(AE)信号占比的骤增可以作为预警监控的重要指标。

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非贯通锯齿状结构面剪切破裂演化机制试验研究

吉锋1，闫兴田2，张波1

2021, 40(12): 117-123. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.12.18

摘要 ( )

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岩体是由岩石和结构面两部分组成，结构面对岩体的变形和破坏常常起决定性作用。在工程中，所遇到的岩体多为非贯通结构面岩体，研究非贯通结构面岩体的破坏模式和强度准则具有非常深远的意义。利用人工浇铸的非贯通锯齿状结构面试样，基于控制变量法，通过直剪试验，研究在不同轴向压力下不同结构面倾角的非贯通锯齿状结构面的变形破坏特征及抗剪强度变化规律。结果表明：随着预设结构面倾角及法向压应力的增大，非贯通锯齿状结构面的破坏机制会逐渐由拉剪-剪胀破坏、拉剪-剪胀剪断破坏向剪切破坏转变，且其抗剪强度也会增大，并据此修正了抗剪强度经验公式。

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基于超椭球贝叶斯网络的制动系统可靠性研究

齐金平1,2,3，周亚辉1，李少雄1，王康1

2021, 40(12): 124-129. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.12.19

摘要 ( )

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制动系统工作条件多样、功能层次、内部结构间运行关系复杂等特性，经常受到磨损、振动、疲劳、冲击、以及过度维修等多种因素影响，在实际运行过程中，会导致的系统及部件在正常工作和完全失效两状态之间存在着多故障状态、多失效模式问题。通过基于超椭球贝叶斯网络的可靠性分析方法，研究了贝叶斯网络描述部件及事件的故障状态的多态问题，同时结合超椭球模型对区间变量进行约束，构建超椭球贝叶斯网络模型，引入动车制动可靠性分析中，并与区间贝叶斯网络分析结果进行对比。结果表明：超椭球贝叶斯网络模型分析结果较区间贝叶斯网络的概率区间范围更小，精度更高，既解决了区间贝叶斯网络区间计算结果的保守问题，又提高了制动系统可靠性分析的准确性，然后通过求解制动系统的灵敏度、后验概率等重要参数，找出了系统的薄弱环节和影响制动系统可靠性的高风险事件，为检修策略的制定及技术改造提供理论指导。

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坐姿人体侧向振动试验、建模与参数识别

罗霜1，舒红宇2

2021, 40(12): 130-135. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.12.20

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坐姿人体侧向振动属于全身振动的范畴，影响乘坐舒适性。针对坐姿人体在低频、大幅度激励下的侧向振动特性研究不足的问题，通过振动实验与力学模型相结合的方法，对坐姿人体进行了侧向振动试验、建模和参数辨识研究。研制了曲柄-滑块式振动试验台架，采用0.5~8.0 Hz之间的单频激励，对10名21~28岁之间的青年志愿者进行了侧向振动试验，采用微型航姿参考系统测量了座椅踏板、坐姿人体上、下体的侧向加速度，得到了座椅脚踏板至上体和下体的传递特性数据；将坐姿人体视为上、下两个刚体，建立了表达坐姿人体侧向振动的二自由度生物力学模型，推导了传递特性的表达式；以相对误差平方和为目标函数，采用遗传算法对试验数据进行拟合，辨识了模型刚度、阻尼参数，并引入拟合度来评价模型拟合效果。研究结果表明：志愿者上体侧向主共振频率在2.4~3.1 Hz，下体在2.4~3.2 Hz，并且上体在5 Hz以后存在比较明显的二阶共振；上体传递率幅值在1.45~1.89之间，下体在1.53~2.38之间；下体共振频率比上体略高，振动更剧烈；提出的二自由度模型能够较准确地对坐姿人体侧向振动特性进行描述。

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基于田口稳健设计的跨座式单轨车辆悬挂系统多参数优化

赵树恩，聂小芮，陈文斌

2021, 40(12): 136-142. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.12.21

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为了进一步改善跨座式单轨车辆的运行平稳性，采用Universal Mechanism软件建立单轨车辆-轨道整车动力学模型。运用田口实验和稳健优化设计方法对单轨车辆的悬挂系统关键参数进行了优化设计。利用变化系数法筛选出关键悬挂参数，综合考虑可控设计参数和随机干扰因素对单轨车辆运行平稳性的影响，将关键悬挂参数进行正交试验。对试验结果进行信噪比分析，确定了优化后的参数。对优化后的悬挂参数进行仿真验证表明：单轨车辆纵横向平稳性指标均得到改善，悬挂系统稳健性提高，该方法对悬挂系统参数的优化是有效的。

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