半挂汽车列车挂车主动转向与差动制动控制研究
发布时间：2021-03-31 20:37
半挂汽车列车的操纵性能比单体汽车复杂,低速转向工况下,半挂汽车列车的挂车对牵引车轨迹的追随性差;高速工况下,半挂汽车列车极易发生侧翻等不稳定现象。因此本文以半挂汽车列车为研究对象,为提高车辆低速时挂车追随性、高速行驶稳定性以及极限工况下的防侧翻能力,对挂车主动转向控制、差动制动控制分别展开了研究,并基于Matlab/Simulink、Trucksim软件对半挂汽车列车进行联合控制研究。论文的具体研究内容及结论如下:（1）半挂汽车列车动力学模型研究。首先在进行半挂汽车列车受力分析和运动分析的基础上,建立了能够描述车辆运动的五自由度横摆侧倾车辆模型;通过调用Trucksim软件内置的车辆模型,并通过参数辨识研究获取了半挂汽车列车的主要车辆参数;将五自由度车辆模型的动力学响应与Trucksim软件中的车辆动力响应进行了对比研究。研究结果表明:所建的五自由度半挂汽车列车动力学模型可信,可用于主动安全控制器的设计研究。（2）半挂汽车列车低速主动转向控制研究。基于驾驶员模型的焦点预瞄思想,以挂车后轴中心与牵引车前轴中心轨迹偏差最小化为控制目标,利用移位寄存器操作,设计了相应的挂车车轮主动转向控制器...
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
012年-2017年我国挂车产量及同比增长率
2内侧偏移，严重时会刮碰弯道内侧的车辆和基础设施，或占用其它车道，引发交通堵塞和交通事故[7-9]。高速行驶时，车辆稳定性较差，极易发生摆振、侧翻和折叠等严重的交通事故[10-12]，带来巨大经济损失和人员伤亡。此外对于拖挂车驾驶员来说，他们很难感知挂车的运动状态，驾驶员关于车辆操纵决策主要是基于牵引车运动，想要通过驾驶员对危险情况作出及时的判断和响应来避免上述风险是极其困难的。图1-2半挂汽车列车交通安全事故Fig.1-2Roadtrafficaccidentsoftractor-semitrailer图1-2分别向我们呈现实际生活中半挂汽车列车因追随性能和稳定性能低引起的碾压和侧翻事故。根据深圳交警大数据统计，仅深圳的重型半挂汽车列车保有量就达93055辆，在2018年1月~7月间，半挂汽车列车事故率和挂车死亡事故率分别为49.43%和1.40%。相比深圳私家车的33.59%和0.14%，分别高出47%和900%[13]。可见，半挂汽车列车目前的运行风险较高，安全形势不容懈担因此开展有关汽车列车横向稳定性问题的研究，基于横向稳定性控制提高汽车列车的安全性具有重大的理论意义和实践价值。近年来随着先进控制技术的发展和电子控制设备成本的降低，主动控制技术已被广泛应用于车辆的防侧翻控制系统。对于汽车列车，如果能够实现挂车车轮转向可以减小列车的转弯通道宽度，减少轮胎磨损[14-16]，并能够改善其高速行驶稳定性[17-19]。差动制动通过对不同车轮实施制动来实现需要的附加横摆力矩，可以实现高侧向加速度极端情况下的车辆稳定性控制[20-22]。因此，研究挂车主动转向、差动制动对半挂汽车列车低速、高速及极限工况下的操纵性和稳定性具有重要的理论和实际意义。1.2研究现状分析在调研和梳理现有研究工作的基础上，依据与本课题研究内容的相关性，分别从汽
12图2-5Trucksim/Simulink联合仿真设置Fig.2-5CosimulationsettingsbasedonTrucksimandSimulink步骤①：链接到Simulink的mdl文件，届时mdl文件中将生成Trucksim模型的S-function函数模块；步骤②：联合仿真步长设置；步骤③：S-function函数模块输入输出设置；函数模块的输入输出分别在ImportChannels、OutputChannels中设定，其中，Output代表输出被控变量，即从TruckSim输出车辆状态到Simulink控制系统，实现状态反馈，Import代表车辆的外部输入，包括驾驶员输入和控制系统的执行器输入；步骤④：Simulink有一个设置32-bit/64-bit的软件模式，所以需要选中与用户Matlab软件一致的软件模式才可以实现配置工作。2.2.2车辆模型参数设置选取Trucksim软件中车型为3ACabOverw/3AEuroTrailer的六轴半挂汽车列车作为本文的研究对象，如图2-6所示。该半挂汽车列车由三轴牵引车（前轴为转向轴，中、后轴都是驱动轴）和三轴半挂车（传统半挂汽车列车挂车车轴都不转向）通过鞍式连接装置连接组成，除牵引车前桥采用单胎外，其余车桥均采用双胎。该车型也是国内比较常见的半挂汽车列车车型。图2-6Trucksim中的半挂汽车列车模型Fig.2-6Tractor-semitrailermodelinTruckSimsoftware
【参考文献】：
期刊论文
[1]2018年国内半挂车市场回顾以及2019年市场预测[J]. 李康,王芳. 专用汽车. 2019(02)
[2]模式切换的中高速重型半挂车挂车主动转向控制策略[J]. 聂枝根,宗长富,杨秀建,高晋,张昆. 重庆大学学报. 2017(08)
[3]Active steering control strategy for articulated vehicles[J]. Kyong-il KIM,Hsin GUAN,Bo WANG,Rui GUO,Fan LIANG. Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering. 2016(06)
[4]四轮转向半挂汽车列车鲁棒最优保性能控制[J]. 刘春辉,关志伟,申荣卫,严英. 现代制造工程. 2016(04)
[5]基于TruckSim-Simulink联合仿真的半挂汽车列车的稳定性控制[J]. 杨秀建,康南,李西涛. 公路交通科技. 2013(03)
[6]半挂汽车列车横向稳定性的最优控制[J]. 刘春辉,关志伟,杜峰,周毅,孔超. 机械科学与技术. 2012(10)
[7]半挂汽车列车横向失稳的非线性动力学机制[J]. 杨秀建,康南,李西涛. 机械工程学报. 2012(08)
[8]Multi-objective Stability Control Algorithm of Heavy Tractor Semi-trailer Based on Differential Braking[J]. ZONG Changfu1,ZHU Tianjun1,2,WANG Chang1,and LIU Haizhen1 1 State Key Laboratory of Automobile Dynamic Simulation,Jilin University,Changchun 130025,China 2 Department of Mechanical and Electric Engineering,Hebei Engineering University,Handan 056021,China. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2012(01)
[9]基于主动制动的半挂汽车列车横摆稳定性控制[J]. 杨秀建,杨春曦,张弦,屈瑞. 汽车工程. 2011(11)
[10]半挂汽车列车横向稳定性与失稳机理分析[J]. 杨秀建,李耀平,熊坚. 汽车工程. 2011(06)
博士论文
[1]基于MPC的重型半挂车动力学稳定性多目标控制研究[D]. 于志新.吉林大学 2015
[2]基于后轴主动转向与差动制动集成的重型半挂车控制策略研究[D]. 聂枝根.吉林大学 2014
[3]半挂汽车列车转弯制动方向稳定性及控制策略研究[D]. 高红博.吉林大学 2014
[4]半挂汽车列车非线性稳定性控制研究[D]. 彭涛.吉林大学 2012
硕士论文
[1]半挂液罐车侧倾稳定性控制研究[D]. 李杰.长春工业大学 2018
[2]基于鲁棒控制的汽车列车主动转向控制策略研究[D]. 冯善坤.湖北汽车工业学院 2017
[3]半挂汽车列车转弯制动控制策略研究[D]. 苏楠.长安大学 2017
[4]基于参数辨识的半挂汽车列车侧翻控制系统的研究[D]. 梁群彰.广西大学 2016
[5]重型半挂车主动转向安全控制的仿真研究[D]. 肖棒.江苏大学 2016
[6]基于TruckSim的半挂汽车列车侧翻控制算法的研究[D]. 龙致宇.广西大学 2014
本文编号：3112040
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
012年-2017年我国挂车产量及同比增长率
2内侧偏移，严重时会刮碰弯道内侧的车辆和基础设施，或占用其它车道，引发交通堵塞和交通事故[7-9]。高速行驶时，车辆稳定性较差，极易发生摆振、侧翻和折叠等严重的交通事故[10-12]，带来巨大经济损失和人员伤亡。此外对于拖挂车驾驶员来说，他们很难感知挂车的运动状态，驾驶员关于车辆操纵决策主要是基于牵引车运动，想要通过驾驶员对危险情况作出及时的判断和响应来避免上述风险是极其困难的。图1-2半挂汽车列车交通安全事故Fig.1-2Roadtrafficaccidentsoftractor-semitrailer图1-2分别向我们呈现实际生活中半挂汽车列车因追随性能和稳定性能低引起的碾压和侧翻事故。根据深圳交警大数据统计，仅深圳的重型半挂汽车列车保有量就达93055辆，在2018年1月~7月间，半挂汽车列车事故率和挂车死亡事故率分别为49.43%和1.40%。相比深圳私家车的33.59%和0.14%，分别高出47%和900%[13]。可见，半挂汽车列车目前的运行风险较高，安全形势不容懈担因此开展有关汽车列车横向稳定性问题的研究，基于横向稳定性控制提高汽车列车的安全性具有重大的理论意义和实践价值。近年来随着先进控制技术的发展和电子控制设备成本的降低，主动控制技术已被广泛应用于车辆的防侧翻控制系统。对于汽车列车，如果能够实现挂车车轮转向可以减小列车的转弯通道宽度，减少轮胎磨损[14-16]，并能够改善其高速行驶稳定性[17-19]。差动制动通过对不同车轮实施制动来实现需要的附加横摆力矩，可以实现高侧向加速度极端情况下的车辆稳定性控制[20-22]。因此，研究挂车主动转向、差动制动对半挂汽车列车低速、高速及极限工况下的操纵性和稳定性具有重要的理论和实际意义。1.2研究现状分析在调研和梳理现有研究工作的基础上，依据与本课题研究内容的相关性，分别从汽
12图2-5Trucksim/Simulink联合仿真设置Fig.2-5CosimulationsettingsbasedonTrucksimandSimulink步骤①：链接到Simulink的mdl文件，届时mdl文件中将生成Trucksim模型的S-function函数模块；步骤②：联合仿真步长设置；步骤③：S-function函数模块输入输出设置；函数模块的输入输出分别在ImportChannels、OutputChannels中设定，其中，Output代表输出被控变量，即从TruckSim输出车辆状态到Simulink控制系统，实现状态反馈，Import代表车辆的外部输入，包括驾驶员输入和控制系统的执行器输入；步骤④：Simulink有一个设置32-bit/64-bit的软件模式，所以需要选中与用户Matlab软件一致的软件模式才可以实现配置工作。2.2.2车辆模型参数设置选取Trucksim软件中车型为3ACabOverw/3AEuroTrailer的六轴半挂汽车列车作为本文的研究对象，如图2-6所示。该半挂汽车列车由三轴牵引车（前轴为转向轴，中、后轴都是驱动轴）和三轴半挂车（传统半挂汽车列车挂车车轴都不转向）通过鞍式连接装置连接组成，除牵引车前桥采用单胎外，其余车桥均采用双胎。该车型也是国内比较常见的半挂汽车列车车型。图2-6Trucksim中的半挂汽车列车模型Fig.2-6Tractor-semitrailermodelinTruckSimsoftware
【参考文献】：
期刊论文
[1]2018年国内半挂车市场回顾以及2019年市场预测[J]. 李康,王芳. 专用汽车. 2019(02)
[2]模式切换的中高速重型半挂车挂车主动转向控制策略[J]. 聂枝根,宗长富,杨秀建,高晋,张昆. 重庆大学学报. 2017(08)
[3]Active steering control strategy for articulated vehicles[J]. Kyong-il KIM,Hsin GUAN,Bo WANG,Rui GUO,Fan LIANG. Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering. 2016(06)
[4]四轮转向半挂汽车列车鲁棒最优保性能控制[J]. 刘春辉,关志伟,申荣卫,严英. 现代制造工程. 2016(04)
[5]基于TruckSim-Simulink联合仿真的半挂汽车列车的稳定性控制[J]. 杨秀建,康南,李西涛. 公路交通科技. 2013(03)
[6]半挂汽车列车横向稳定性的最优控制[J]. 刘春辉,关志伟,杜峰,周毅,孔超. 机械科学与技术. 2012(10)
[7]半挂汽车列车横向失稳的非线性动力学机制[J]. 杨秀建,康南,李西涛. 机械工程学报. 2012(08)
[8]Multi-objective Stability Control Algorithm of Heavy Tractor Semi-trailer Based on Differential Braking[J]. ZONG Changfu1,ZHU Tianjun1,2,WANG Chang1,and LIU Haizhen1 1 State Key Laboratory of Automobile Dynamic Simulation,Jilin University,Changchun 130025,China 2 Department of Mechanical and Electric Engineering,Hebei Engineering University,Handan 056021,China. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2012(01)
[9]基于主动制动的半挂汽车列车横摆稳定性控制[J]. 杨秀建,杨春曦,张弦,屈瑞. 汽车工程. 2011(11)
[10]半挂汽车列车横向稳定性与失稳机理分析[J]. 杨秀建,李耀平,熊坚. 汽车工程. 2011(06)
博士论文
[1]基于MPC的重型半挂车动力学稳定性多目标控制研究[D]. 于志新.吉林大学 2015
[2]基于后轴主动转向与差动制动集成的重型半挂车控制策略研究[D]. 聂枝根.吉林大学 2014
[3]半挂汽车列车转弯制动方向稳定性及控制策略研究[D]. 高红博.吉林大学 2014
[4]半挂汽车列车非线性稳定性控制研究[D]. 彭涛.吉林大学 2012
硕士论文
[1]半挂液罐车侧倾稳定性控制研究[D]. 李杰.长春工业大学 2018
[2]基于鲁棒控制的汽车列车主动转向控制策略研究[D]. 冯善坤.湖北汽车工业学院 2017
[3]半挂汽车列车转弯制动控制策略研究[D]. 苏楠.长安大学 2017
[4]基于参数辨识的半挂汽车列车侧翻控制系统的研究[D]. 梁群彰.广西大学 2016
[5]重型半挂车主动转向安全控制的仿真研究[D]. 肖棒.江苏大学 2016
[6]基于TruckSim的半挂汽车列车侧翻控制算法的研究[D]. 龙致宇.广西大学 2014
本文编号：3112040
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