搅拌运输车防侧翻动力学分析及控制方法研究

摘要

随着搅拌运输车数量的增长，造成的交通事故逐年增加，不仅造成巨大的经济损失，同时也会危及人们的生命安全。由于在常规运输工况下，搅拌运输车处于边搅拌边运输的状态，因此与其他重载货运车辆相比，不仅具有运载重量大，重心位置较高等特点，而且其整车质心会向左偏移。尤其是在转向过程中，在拌和料的影响下，搅拌运输车质心会产生更大的偏移，其侧向加速度和侧倾角易超出侧翻极限而发生侧翻。因此，对搅拌运输车运输稳定性和安全性的研究显得十分重要。
　　本文在阐述搅拌运输车和搅拌筒基本构造和作用机理的基础上，通过对搅拌筒的力学分析，以及搅拌运输车侧翻影响因素的分析，计算求解了搅拌筒质心在静态、搅拌状态、转向状态下的位置，确定了搅拌运输车质心在转向工况下的偏移量。建立了搅拌运输车的转向运输条件下侧翻临界状态的力学模型，应用Matlab/Simulink软件，通过实例分析了装载率对临界倾翻角的影响、转弯半径和横向坡度角对临界侧翻速度的影响、方向盘转角和转弯半径的关系，确定了满载平地右转弯运输工况最容易发生侧翻。
　　通过侧倾-横摆稳定机理的分析，确定了横摆运动对侧倾运动的影响，选取差速制动控制策略，基于最优控制原理和PID控制原理，应用Matlab/Simulink软件建立了搅拌运输车的防侧翻控制系统，并应用Trucksim和CATIA软件建立了搅拌运输车仿真模型，分别选取了三种不同速度70km/h、50km/h、30km/h，在施力口控制和未施加控制下，对比分析了鱼钩工况、双移线工况、正弦工况、角阶跃工况四种仿真试验工况中的侧向加速度、横摆角速度和侧倾角的变化曲线，得出搅拌运输车行驶的最危险工况是鱼钩工况，在行车过程中应避免急打方向盘，尽量使方向盘转角缓慢变化。
　　研究表明:随着侧倾运动变得愈发剧烈，当达到一定程度时，开始触发控制器，施加控制后，与侧倾运动相关的侧向加速度、横摆角速度、侧倾角都有明显的减小，差动制动控制效果明显，能够实现搅拌运输车的防侧翻控制，对减少侧翻事故发生，提高道路安全性，具有一定的借鉴意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 主要研究内容

第二章 搅拌运输车结构及质心变化规律

2．1 结构组成及工作原理

2．1．1 搅拌运输车总体结构

2．1．2 搅拌简结构组成及工作原理

2．2 侧翻影响因素及质心变化规律

2．2．1 侧翻影响因素

2．2．2 搅拌筒质心坐标系的建立

2．2．3 质心位置变化规律

2．2．4 质心偏移量分析

2．3 本章小结

第三章 基于MATLAB的搅拌运输车侧翻动力学分析

3．1 MATLAB简介

3．2 搅拌运输车静态侧翻分析

3．3 搅拌运输车右转弯侧翻分析

3．3．1 平地右转弯

3．3．2 横向坡度道路右转弯

3．4 搅拌运输车左转弯侧翻分析

3．4．1 平地左转弯

3．4．2 横向坡度道路左转弯

3．5 实例分析

3．5．1 搅拌运输车的基本参数

3．5．2 静态工况装载率对临界倾翻角的影响

3．5．2 转弯半径对临界侧翻速度的影响

3．5．3 横向坡度角对临界侧翻速度的影响

3．5．4 方向盘转角与转弯半径的关系分析

3．6 本章小结

第四章 搅拌运输车防侧翻控制方法

4．1 侧翻稳定性作用机理

4．1．1 坐标系设定

4．1．2 侧倾稳定机理分析

4．1．3 横摆稳定机理分析

4．1．4 侧倾-横摆稳定机理分析

4．2 防侧翻控制方法

4．2．1 侧翻门艰值的选取

4．2．2 控制方式的选取

4．2．3 控制策略的确定

4．3 控制系统的建立

4．3．1 整车模型的建立

4．3．2 计算模块

4．3．3 搅拌运输车PID控制模块

4．3．4 搅拌运输车整车防侧翻控制系统

4．4 本章小结

第五章 防侧翻控制系统仿真及结果分析

5．1 鱼钩工况

5．2 双移线工况

5．3 正弦工况

5．4 角阶跃工况

5．5 仿真结果分析

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 主要研究结论

6．2 论文的创新点

6．3 论文的不足与展望

致谢

参考文献

附录

在校期间发表的论文和取得的学术成果