三轴式客车侧翻稳定性及防侧翻控制研究

发布时间：2020-09-10 13:35

　　三轴式客车是一种大容量的单节式客车,因其可增加载客量且舒适性好,已成为出门旅行非常实用的交通工具。三轴式客车因质量大、重心高、前后轴质量分布复杂多变,容易发生侧翻危险。本文以某三轴式客车为对象,建立整车侧翻动力学模型,推导三轴式客车侧翻稳定性的评价指标,分析主要参数对三轴式客车侧翻稳定性的影响规律;设计三轴式客车的防侧翻控制策略,应用Trucksim和Matlab联合仿真,进行典型工况下三轴式客车防侧翻控制的工况适应性及鲁棒性分析。主要研究内容如下:(1)建立了三轴式客车侧翻动力学模型并进行验证。针对三轴式客车非簧载质量对侧翻稳定性的影响,建立了四自由度侧翻动力学模型;在此基础上,考虑到三轴式客车各轴侧倾耦合对侧翻稳定性的影响,建立了六自由度侧翻动力学模型。通过等效法、稳态特征法和遗传算法对六自由度模型的质量、扭转刚度和扭转阻尼等参数进行了估计,并应用Trucksim实例仿真进行模型验证。(2)分析了三轴式客车重要参数对侧翻稳定性的影响规律。考虑三轴式客车各轴侧倾耦合关系,推导了三轴式客车侧翻稳定性的客观评价指标,并对评价指标的正确性及有效性进行了验证。分析了不同工况和外部干扰下的三轴式客车侧翻稳定性,获得了结构参数和行驶参数影响三轴式客车侧翻稳定性的规律,为提高三轴式客车抗侧翻能力及降低行驶过程侧翻危险性提供了理论依据。(3)提出了三轴式客车的MPC多目标防侧翻控制策略。根据三轴式客车侧翻稳定性规律,选取横摆稳定性及侧倾稳定性为控制目标,应用模型预测理论设计了基于前轮主动转向的多目标防侧翻控制策略,典型工况下仿真分析了防侧翻控制系统的工况适应性、抗外部干扰及参数摄动鲁棒性,结果表明该策略既能在更小的前轮转角控制输出时有效降低三轴式客车的侧翻危险,又能抑制三轴式客车在防侧翻控制过程中产生的不足转向。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U467.14
【部分图文】：

模型图,侧翻,三轴式,非簧载质量

含多个运动自由度的动力学模型可以描述汽车侧翻过程中的多种运动，故而能够更全面地描述侧翻问题。但是多自由度也会带来求解复杂，参数难以确定等问题。因此，多自由度模型需要不断的进行仿真和实验比对才能确保模型的准确性。为了能够尽可能多地清楚描述汽车侧翻运动过程且又能缩短模型的修正过程，需要确定所要研究的对象，忽略影响较小的因素，建立能描述研究对象的相对简单的多自由度模型。本章以三轴式客车为研究对象，不考虑各轴侧倾耦合的情况下建立四自由度的侧翻动力学模型，并验证模型正确性；在此基础上，考虑各轴侧倾耦合因素，建立六自由度的侧翻动力学模型，通过等效和估计的方法计算等效轴距、车身等效侧倾刚度和等效侧倾阻尼等参数。最后采用联合仿真实验验证六自由度模型的有效性和准确性。2.1 不考虑各车桥侧倾耦合的侧翻动力学模型三轴式客车属于大型客车，与普通的两轴式大客车相比，相同点是拥有较大的非簧载质量，而主要的不同之处是三轴式客车在驱动桥后方多了一个随动桥，这使其成为一种比两轴式大客车有着更大非簧载质量的客车。本节在三自由度侧翻动力学模型的基础上考虑非簧载质量因素，建立并验证四自由度侧翻动力学模型，该模型可作为建立考虑各轴侧倾耦合的侧翻动力学模型的基础。

轮胎模型,侧偏力,侧偏刚度,侧轮

图 2.2 轮胎模型胎所受侧偏力与侧偏角的关系可以表示如下：ffuvar arctan( )arctan()uvbrm arctan()uvcrr 和横摆角速度相对于车速很小时，式(2.8)-(2.10)可ffuvar uvbrm uvcrr 固定侧偏刚度的线性轮胎，侧轮胎侧偏力可以表示YffF K 1

三轴式,前轮转角,客车,有效性

图 2.3 某型三轴式客车了验证所建四自由度模型的有效性，设定速度为 90km/h，前轮转角设置如图用 Matlab 运行所建数学模型，使用 Trucksim 运行某型三轴式客车模型，并对进行比较。其中该三轴式客车的主要参数如表 2.1 所示。0 2 4 6 8 1000.020.040.060.080.10.12时间 /s前轮转角/rad图 2.4 J-turn 工况前轮转角设置

【参考文献】