基于参数辨识的半挂汽车列车侧翻控制系统的研究

发布时间：2017-09-27 21:08

  本文关键词：基于参数辨识的半挂汽车列车侧翻控制系统的研究

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【摘要】：半挂汽车列车由牵引车和挂车组成,相比一般载货汽车,具有载运量大、效率高、营运成本低和节能减排效果好等优点,因此得到广泛应用。但由于其重心高、重量和体积大,以及牵引车和挂车的相互耦合作用,极易发生侧翻、折叠等重大交通事故,特别是侧翻,人员、财产损失尤为惨重。因此,对半挂汽车列车进行侧翻控制以提高行驶稳定性显得尤为必要。本文以提高半挂汽车列车侧倾稳定性为目的,重点对整车侧翻控制系统进行研究,主要从半挂汽车列车模型的建立、模型参数的辨识和侧翻控制系统的建立三个方面展开：首先,根据半挂汽车列车稳定性控制的需要,基于汽车动力学原理,建立了涉及横摆、侧向和侧倾运动的半挂汽车列车动力学数学模型。其次,结合角阶跃转向工况下的TruckSim仿真数据,针对半挂汽车列车模型因结构复杂、参数较多造成辨识困难的问题,采用遗传算法和L-M优化算法相结合的辨识方法,分两步辨识出模型中的牵引车前轴侧偏刚度、牵引车后轴侧偏刚度、牵引车侧倾刚度、牵引车侧倾阻尼、挂车轴侧偏刚度、挂车侧倾刚度、挂车侧倾阻尼和第五轮侧倾刚度共八个较难直接获取的关键参数,并设计其它五种工况对辨识结果进行验证。结果表明：分步辨识方法能辨识得到较精确的参数值,使模型能较好的描述实车基本运动特性,为整车侧翻控制系统的研究奠定了基础。对半挂汽车列车侧翻控制策略进行研究,以实车运动状态尽可能接近理想参考状态为控制目标,利用LQR控制器决策出牵引车和挂车所需的附加横摆力矩,并通过差动制动方式产生相应的横摆力矩,避免侧翻的发生。其中,运用侧向加速度门限结合横向载荷转移率的方法对车辆潜在的侧翻危险进行预测；并且制定了差动制动控制策略下目标车轮的选择规则和制动力分配原则。最后,利用MATLAB/Simulink搭建了整车侧翻控制系统模型,并联合TruckSim软件,在鱼钩工况和高、低附双移线工况这三个极限工况下进行仿真试验。结果表明：所建立的整车侧翻控制系统能有效对半挂汽车列车进行侧翻控制,避免发生侧翻、横摆和折叠危险事故,提高了半挂汽车列车行驶稳定性和安全性。
【关键词】：半挂汽车列车 参数辨识 侧翻控制 差动制动 LQR
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.5
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 课题的来源和研究意义11-13
• 1.1.1 侧翻的危险性12
• 1.1.2 参数辨识的必要性12
• 1.1.3 差动制动对车辆侧翻的作用12-13
• 1.2 车辆参数辨识国内外研究现状13-15
• 1.2.1 国外研究现状13-14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.3 半挂汽车列车侧翻控制国内外研究现状15-20
• 1.3.1 国外研究现状16-18
• 1.3.2 国内研究现状18-20
• 1.4 本文主要研究内容20-22
• 第二章 半挂汽车列车整车动力学建模22-30
• 2.1 半挂汽车列车动力学模型的基本假设22
• 2.2 半挂汽车列车动力学数学模型的建立22-29
• 2.2.1 车身三自由度汽车运动微分方程的建立24
• 2.2.2 牵引车和挂车的运动微分方程式的建立24-25
• 2.2.3 轮胎的受力分析25-26
• 2.2.4 半挂汽车列车所受合外力26-27
• 2.2.5 半挂汽车列车的力平衡方程式27-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第三章 半挂汽车列车模型参数的辨识及验证30-53
• 3.1 车辆模型30-31
• 3.1.1 TruckSim车辆模型30-31
• 3.1.2 半挂汽车列车模型31
• 3.2 半挂汽车列车模型关键参数的分步辨识31-37
• 3.2.1 遗传算法、L-M优化算法的基本原理32-34
• 3.2.2 基于遗传算法的初次辨识34-37
• 3.2.3 基于L-M优化算法的再次辨识37
• 3.3 参数辨识结果37-41
• 3.3.1 辨识工况37-38
• 3.3.2 关键参数的辨识结果38
• 3.3.3 辨识结果分析38-41
• 3.4 仿真验证41-51
• 3.4.1 变方向盘转角角阶跃工况验证41-43
• 3.4.2 双移线工况验证43-45
• 3.4.3 正弦转向工况验证45-47
• 3.4.4 移线工况验证47-49
• 3.4.5 正弦-阶跃联合工况验证49-51
• 3.5 本章小结51-53
• 第四章 半挂汽车列车侧翻的控制53-87
• 4.1 控制策略53-54
• 4.2 侧翻预警54-55
• 4.3 基于LQR的附加横摆力矩的确定55-62
• 4.3.1 半挂汽车列车的线性参考模型55-57
• 4.3.2 状态偏差的计算57-58
• 4.3.3 LQR控制58-60
• 4.3.4 加权系数的优化60-62
• 4.4 差动制动策略下目标车轮制动压力的分配62-70
• 4.4.1 目标车轮的决策62-66
• 4.4.2 目标车轮制动压力分配66-69
• 4.4.3 ABS控制69-70
• 4.5 整车侧翻控制系统建模70-74
• 4.5.1 线性参考模型71
• 4.5.2 侧翻预警模型71-72
• 4.5.3 LQR控制模型72-73
• 4.5.4 制动压力分配模型73
• 4.5.5 ABS控制模型73-74
• 4.6 半挂汽车列车侧翻控制的仿真分析74-86
• 4.6.1 鱼钩工况74-78
• 4.6.2 高附着系数路面双移线工况78-81
• 4.6.3 低附着系数路面双移线工况81-86
• 4.7 本章小结86-87
• 第五章 总结与展望87-89
• 5.1 全文总结87-88
• 5.2 研究展望88-89
• 参考文献89-94
• 致谢94-95
• 附录 A 符号含义95-97
• 附录 B 车辆模型主要参数97-98
• 附录 C98-104
• 1. 遗传算法MATLAB程序98-100
• 2. 基于遗传算法辨识的目标函数MATLAB程序100-102
• 3. 控制策略加权系数优化的目标函数MATLAB程序102-104
• 攻读学位期间发表论文情况104

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：931883