半掛汽車列車掛車主動轉(zhuǎn)向與差動制動控制研究
發(fā)布時間：2021-03-31 20:37
半掛汽車列車的操縱性能比單體汽車復(fù)雜,低速轉(zhuǎn)向工況下,半掛汽車列車的掛車對牽引車軌跡的追隨性差;高速工況下,半掛汽車列車極易發(fā)生側(cè)翻等不穩(wěn)定現(xiàn)象。因此本文以半掛汽車列車為研究對象,為提高車輛低速時掛車追隨性、高速行駛穩(wěn)定性以及極限工況下的防側(cè)翻能力,對掛車主動轉(zhuǎn)向控制、差動制動控制分別展開了研究,并基于Matlab/Simulink、Trucksim軟件對半掛汽車列車進行聯(lián)合控制研究。論文的具體研究內(nèi)容及結(jié)論如下:（1）半掛汽車列車動力學模型研究。首先在進行半掛汽車列車受力分析和運動分析的基礎(chǔ)上,建立了能夠描述車輛運動的五自由度橫擺側(cè)傾車輛模型;通過調(diào)用Trucksim軟件內(nèi)置的車輛模型,并通過參數(shù)辨識研究獲取了半掛汽車列車的主要車輛參數(shù);將五自由度車輛模型的動力學響應(yīng)與Trucksim軟件中的車輛動力響應(yīng)進行了對比研究。研究結(jié)果表明:所建的五自由度半掛汽車列車動力學模型可信,可用于主動安全控制器的設(shè)計研究。（2）半掛汽車列車低速主動轉(zhuǎn)向控制研究�；隈{駛員模型的焦點預(yù)瞄思想,以掛車后軸中心與牽引車前軸中心軌跡偏差最小化為控制目標,利用移位寄存器操作,設(shè)計了相應(yīng)的掛車車輪主動轉(zhuǎn)向控制器...
【文章來源】：南京林業(yè)大學江蘇省
【文章頁數(shù)】：81 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
012年-2017年我國掛車產(chǎn)量及同比增長率
2內(nèi)側(cè)偏移，嚴重時會刮碰彎道內(nèi)側(cè)的車輛和基礎(chǔ)設(shè)施，或占用其它車道，引發(fā)交通堵塞和交通事故[7-9]。高速行駛時，車輛穩(wěn)定性較差，極易發(fā)生擺振、側(cè)翻和折疊等嚴重的交通事故[10-12]，帶來巨大經(jīng)濟損失和人員傷亡。此外對于拖掛車駕駛員來說，他們很難感知掛車的運動狀態(tài)，駕駛員關(guān)于車輛操縱決策主要是基于牽引車運動，想要通過駕駛員對危險情況作出及時的判斷和響應(yīng)來避免上述風險是極其困難的。圖1-2半掛汽車列車交通安全事故Fig.1-2Roadtrafficaccidentsoftractor-semitrailer圖1-2分別向我們呈現(xiàn)實際生活中半掛汽車列車因追隨性能和穩(wěn)定性能低引起的碾壓和側(cè)翻事故。根據(jù)深圳交警大數(shù)據(jù)統(tǒng)計，僅深圳的重型半掛汽車列車保有量就達93055輛，在2018年1月~7月間，半掛汽車列車事故率和掛車死亡事故率分別為49.43%和1.40%。相比深圳私家車的33.59%和0.14%，分別高出47%和900%[13]。可見，半掛汽車列車目前的運行風險較高，安全形勢不容懈擔因此開展有關(guān)汽車列車橫向穩(wěn)定性問題的研究，基于橫向穩(wěn)定性控制提高汽車列車的安全性具有重大的理論意義和實踐價值。近年來隨著先進控制技術(shù)的發(fā)展和電子控制設(shè)備成本的降低，主動控制技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于車輛的防側(cè)翻控制系統(tǒng)。對于汽車列車，如果能夠?qū)崿F(xiàn)掛車車輪轉(zhuǎn)向可以減小列車的轉(zhuǎn)彎通道寬度，減少輪胎磨損[14-16]，并能夠改善其高速行駛穩(wěn)定性[17-19]。差動制動通過對不同車輪實施制動來實現(xiàn)需要的附加橫擺力矩，可以實現(xiàn)高側(cè)向加速度極端情況下的車輛穩(wěn)定性控制[20-22]。因此，研究掛車主動轉(zhuǎn)向、差動制動對半掛汽車列車低速、高速及極限工況下的操縱性和穩(wěn)定性具有重要的理論和實際意義。1.2研究現(xiàn)狀分析在調(diào)研和梳理現(xiàn)有研究工作的基礎(chǔ)上，依據(jù)與本課題研究內(nèi)容的相關(guān)性，分別從汽
12圖2-5Trucksim/Simulink聯(lián)合仿真設(shè)置Fig.2-5CosimulationsettingsbasedonTrucksimandSimulink步驟①：鏈接到Simulink的mdl文件，屆時mdl文件中將生成Trucksim模型的S-function函數(shù)模塊；步驟②：聯(lián)合仿真步長設(shè)置；步驟③：S-function函數(shù)模塊輸入輸出設(shè)置；函數(shù)模塊的輸入輸出分別在ImportChannels、OutputChannels中設(shè)定，其中，Output代表輸出被控變量，即從TruckSim輸出車輛狀態(tài)到Simulink控制系統(tǒng)，實現(xiàn)狀態(tài)反饋，Import代表車輛的外部輸入，包括駕駛員輸入和控制系統(tǒng)的執(zhí)行器輸入；步驟④：Simulink有一個設(shè)置32-bit/64-bit的軟件模式，所以需要選中與用戶Matlab軟件一致的軟件模式才可以實現(xiàn)配置工作。2.2.2車輛模型參數(shù)設(shè)置選取Trucksim軟件中車型為3ACabOverw/3AEuroTrailer的六軸半掛汽車列車作為本文的研究對象，如圖2-6所示。該半掛汽車列車由三軸牽引車（前軸為轉(zhuǎn)向軸，中、后軸都是驅(qū)動軸）和三軸半掛車（傳統(tǒng)半掛汽車列車掛車車軸都不轉(zhuǎn)向）通過鞍式連接裝置連接組成，除牽引車前橋采用單胎外，其余車橋均采用雙胎。該車型也是國內(nèi)比較常見的半掛汽車列車車型。圖2-6Trucksim中的半掛汽車列車模型Fig.2-6Tractor-semitrailermodelinTruckSimsoftware
【參考文獻】：
期刊論文
[1]2018年國內(nèi)半掛車市場回顧以及2019年市場預(yù)測[J]. 李康,王芳. 專用汽車. 2019(02)
[2]模式切換的中高速重型半掛車掛車主動轉(zhuǎn)向控制策略[J]. 聶枝根,宗長富,楊秀建,高晉,張昆. 重慶大學學報. 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]四輪轉(zhuǎn)向半掛汽車列車魯棒最優(yōu)保性能控制[J]. 劉春輝,關(guān)志偉,申榮衛(wèi),嚴英. 現(xiàn)代制造工程. 2016(04)
[5]基于TruckSim-Simulink聯(lián)合仿真的半掛汽車列車的穩(wěn)定性控制[J]. 楊秀建,康南,李西濤. 公路交通科技. 2013(03)
[6]半掛汽車列車橫向穩(wěn)定性的最優(yōu)控制[J]. 劉春輝,關(guān)志偉,杜峰,周毅,孔超. 機械科學與技術(shù). 2012(10)
[7]半掛汽車列車橫向失穩(wěn)的非線性動力學機制[J]. 楊秀建,康南,李西濤. 機械工程學報. 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]基于主動制動的半掛汽車列車橫擺穩(wěn)定性控制[J]. 楊秀建,楊春曦,張弦,屈瑞. 汽車工程. 2011(11)
[10]半掛汽車列車橫向穩(wěn)定性與失穩(wěn)機理分析[J]. 楊秀建,李耀平,熊堅. 汽車工程. 2011(06)
博士論文
[1]基于MPC的重型半掛車動力學穩(wěn)定性多目標控制研究[D]. 于志新.吉林大學 2015
[2]基于后軸主動轉(zhuǎn)向與差動制動集成的重型半掛車控制策略研究[D]. 聶枝根.吉林大學 2014
[3]半掛汽車列車轉(zhuǎn)彎制動方向穩(wěn)定性及控制策略研究[D]. 高紅博.吉林大學 2014
[4]半掛汽車列車非線性穩(wěn)定性控制研究[D]. 彭濤.吉林大學 2012
碩士論文
[1]半掛液罐車側(cè)傾穩(wěn)定性控制研究[D]. 李杰.長春工業(yè)大學 2018
[2]基于魯棒控制的汽車列車主動轉(zhuǎn)向控制策略研究[D]. 馮善坤.湖北汽車工業(yè)學院 2017
[3]半掛汽車列車轉(zhuǎn)彎制動控制策略研究[D]. 蘇楠.長安大學 2017
[4]基于參數(shù)辨識的半掛汽車列車側(cè)翻控制系統(tǒng)的研究[D]. 梁群彰.廣西大學 2016
[5]重型半掛車主動轉(zhuǎn)向安全控制的仿真研究[D]. 肖棒.江蘇大學 2016
[6]基于TruckSim的半掛汽車列車側(cè)翻控制算法的研究[D]. 龍致宇.廣西大學 2014
本文編號：3112040
【文章來源】：南京林業(yè)大學江蘇省
【文章頁數(shù)】：81 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
012年-2017年我國掛車產(chǎn)量及同比增長率
2內(nèi)側(cè)偏移，嚴重時會刮碰彎道內(nèi)側(cè)的車輛和基礎(chǔ)設(shè)施，或占用其它車道，引發(fā)交通堵塞和交通事故[7-9]。高速行駛時，車輛穩(wěn)定性較差，極易發(fā)生擺振、側(cè)翻和折疊等嚴重的交通事故[10-12]，帶來巨大經(jīng)濟損失和人員傷亡。此外對于拖掛車駕駛員來說，他們很難感知掛車的運動狀態(tài)，駕駛員關(guān)于車輛操縱決策主要是基于牽引車運動，想要通過駕駛員對危險情況作出及時的判斷和響應(yīng)來避免上述風險是極其困難的。圖1-2半掛汽車列車交通安全事故Fig.1-2Roadtrafficaccidentsoftractor-semitrailer圖1-2分別向我們呈現(xiàn)實際生活中半掛汽車列車因追隨性能和穩(wěn)定性能低引起的碾壓和側(cè)翻事故。根據(jù)深圳交警大數(shù)據(jù)統(tǒng)計，僅深圳的重型半掛汽車列車保有量就達93055輛，在2018年1月~7月間，半掛汽車列車事故率和掛車死亡事故率分別為49.43%和1.40%。相比深圳私家車的33.59%和0.14%，分別高出47%和900%[13]。可見，半掛汽車列車目前的運行風險較高，安全形勢不容懈擔因此開展有關(guān)汽車列車橫向穩(wěn)定性問題的研究，基于橫向穩(wěn)定性控制提高汽車列車的安全性具有重大的理論意義和實踐價值。近年來隨著先進控制技術(shù)的發(fā)展和電子控制設(shè)備成本的降低，主動控制技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于車輛的防側(cè)翻控制系統(tǒng)。對于汽車列車，如果能夠?qū)崿F(xiàn)掛車車輪轉(zhuǎn)向可以減小列車的轉(zhuǎn)彎通道寬度，減少輪胎磨損[14-16]，并能夠改善其高速行駛穩(wěn)定性[17-19]。差動制動通過對不同車輪實施制動來實現(xiàn)需要的附加橫擺力矩，可以實現(xiàn)高側(cè)向加速度極端情況下的車輛穩(wěn)定性控制[20-22]。因此，研究掛車主動轉(zhuǎn)向、差動制動對半掛汽車列車低速、高速及極限工況下的操縱性和穩(wěn)定性具有重要的理論和實際意義。1.2研究現(xiàn)狀分析在調(diào)研和梳理現(xiàn)有研究工作的基礎(chǔ)上，依據(jù)與本課題研究內(nèi)容的相關(guān)性，分別從汽
12圖2-5Trucksim/Simulink聯(lián)合仿真設(shè)置Fig.2-5CosimulationsettingsbasedonTrucksimandSimulink步驟①：鏈接到Simulink的mdl文件，屆時mdl文件中將生成Trucksim模型的S-function函數(shù)模塊；步驟②：聯(lián)合仿真步長設(shè)置；步驟③：S-function函數(shù)模塊輸入輸出設(shè)置；函數(shù)模塊的輸入輸出分別在ImportChannels、OutputChannels中設(shè)定，其中，Output代表輸出被控變量，即從TruckSim輸出車輛狀態(tài)到Simulink控制系統(tǒng)，實現(xiàn)狀態(tài)反饋，Import代表車輛的外部輸入，包括駕駛員輸入和控制系統(tǒng)的執(zhí)行器輸入；步驟④：Simulink有一個設(shè)置32-bit/64-bit的軟件模式，所以需要選中與用戶Matlab軟件一致的軟件模式才可以實現(xiàn)配置工作。2.2.2車輛模型參數(shù)設(shè)置選取Trucksim軟件中車型為3ACabOverw/3AEuroTrailer的六軸半掛汽車列車作為本文的研究對象，如圖2-6所示。該半掛汽車列車由三軸牽引車（前軸為轉(zhuǎn)向軸，中、后軸都是驅(qū)動軸）和三軸半掛車（傳統(tǒng)半掛汽車列車掛車車軸都不轉(zhuǎn)向）通過鞍式連接裝置連接組成，除牽引車前橋采用單胎外，其余車橋均采用雙胎。該車型也是國內(nèi)比較常見的半掛汽車列車車型。圖2-6Trucksim中的半掛汽車列車模型Fig.2-6Tractor-semitrailermodelinTruckSimsoftware
【參考文獻】：
期刊論文
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[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]四輪轉(zhuǎn)向半掛汽車列車魯棒最優(yōu)保性能控制[J]. 劉春輝,關(guān)志偉,申榮衛(wèi),嚴英. 現(xiàn)代制造工程. 2016(04)
[5]基于TruckSim-Simulink聯(lián)合仿真的半掛汽車列車的穩(wěn)定性控制[J]. 楊秀建,康南,李西濤. 公路交通科技. 2013(03)
[6]半掛汽車列車橫向穩(wěn)定性的最優(yōu)控制[J]. 劉春輝,關(guān)志偉,杜峰,周毅,孔超. 機械科學與技術(shù). 2012(10)
[7]半掛汽車列車橫向失穩(wěn)的非線性動力學機制[J]. 楊秀建,康南,李西濤. 機械工程學報. 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]基于主動制動的半掛汽車列車橫擺穩(wěn)定性控制[J]. 楊秀建,楊春曦,張弦,屈瑞. 汽車工程. 2011(11)
[10]半掛汽車列車橫向穩(wěn)定性與失穩(wěn)機理分析[J]. 楊秀建,李耀平,熊堅. 汽車工程. 2011(06)
博士論文
[1]基于MPC的重型半掛車動力學穩(wěn)定性多目標控制研究[D]. 于志新.吉林大學 2015
[2]基于后軸主動轉(zhuǎn)向與差動制動集成的重型半掛車控制策略研究[D]. 聶枝根.吉林大學 2014
[3]半掛汽車列車轉(zhuǎn)彎制動方向穩(wěn)定性及控制策略研究[D]. 高紅博.吉林大學 2014
[4]半掛汽車列車非線性穩(wěn)定性控制研究[D]. 彭濤.吉林大學 2012
碩士論文
[1]半掛液罐車側(cè)傾穩(wěn)定性控制研究[D]. 李杰.長春工業(yè)大學 2018
[2]基于魯棒控制的汽車列車主動轉(zhuǎn)向控制策略研究[D]. 馮善坤.湖北汽車工業(yè)學院 2017
[3]半掛汽車列車轉(zhuǎn)彎制動控制策略研究[D]. 蘇楠.長安大學 2017
[4]基于參數(shù)辨識的半掛汽車列車側(cè)翻控制系統(tǒng)的研究[D]. 梁群彰.廣西大學 2016
[5]重型半掛車主動轉(zhuǎn)向安全控制的仿真研究[D]. 肖棒.江蘇大學 2016
[6]基于TruckSim的半掛汽車列車側(cè)翻控制算法的研究[D]. 龍致宇.廣西大學 2014
本文編號：3112040
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