铰接轮式装载机侧向失稳机理及预测指标研究

摘要

铰接轮式装载机具有变结构、变载荷和质心位置随机变动等特点，常在非结构复杂环境下作业，极易发生侧翻失稳事故。对车辆进行失稳主动安全控制是防止侧翻事故发生最直接有效的方法，而对侧向失稳状态进行预测是实现主动安全控制的前提和关键。本文针对铰接轮式装载机侧向失稳机理及预测指标进行研究，以解决对铰接轮式装载机失稳状态进行准确判断的关键问题，并探索可靠的实时检测方法。主要完成了以下工作:
　　(1)提出了能够综合表征轮式装载机侧倾稳定性的失稳预测指标。在充分考虑轮式装载机特殊结构及其特殊的侧倾翻过程的前提下，提出以稳定面与合力向量的夹角作为综合表征轮式装载机侧向稳定性的失稳预测指标，将这个指标命名为“稳态余量角”，并给出了计算“稳态余量角”的方法。
　　(2)通过理论分析和虚拟样机仿真实验验证失稳预测指标。采用虚拟样机仿真实验方法和基于“稳态余量角”的数值求解方法来分析轮式装载机在静态和动态情况下的侧向稳定性，然后通过仿真实验结果与数值求解结果的对比，从理论上验证了“稳态余量角”方法的可行性。
　　(3)研究失稳预测指标的在线测量和检测方法。提出了一种用四个姿态航向参考系统来测量铰接轮式装载机的“稳态余量角”的方法，该方法具有实时性好、安装简便、测量参数少等优点。
　　(4)构建比例模型样机并进行失稳预测指标的实际测试分析和验证。参照某典型型号轮式装载机，搭建了一套1:5尺寸的模型样机，该模型样机完全具备了铰接转向、摆动式后驱动桥、动臂以及无悬架连接等关键特征，然后用该模型样机进行了侧倾翻试验，通过试验数据的分析证明了所建立的在线测量系统测量得到的“稳态余量角”能够准确地表征模型样机在静态和动态情况下的侧向稳定性，解决了铰接轮式装载机失稳状态进行准确判断的关键问题。
　　综上所述，本文提出了能够综合表征轮式装载机侧向稳定性的失稳预测指标，并建立了该指标的实时测量系统，为实现轮式装载机侧、倾翻主动安全控制奠定了基础，同时也为其他具有变结构、变载荷和质心位置随机变动等特点的车辆的侧倾翻翻动态预测提供新的研究思路和方法。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 研究背景及意义

1．3 研究现状

1．4 论文的主要内容及工作

第二章 铰接轮式装载机侧向失稳预测指标研究

2．1 铰接轮式装载机侧向失稳机理研究

2．1．1 装载机的结构特殊性

2．1．2 轮式装载机的侧倾翻过程

2．2 铰接轮式装载机失稳预测指标

2．2．1 “稳态余量角”方法介绍

2．2．2 “稳态余量角”计算模型

2．3 本章小结

第三章 虚拟样机仿真实验与数值求解分析

3．1 虚拟样机仿真分析

3．1．1 虚拟样机模型建立

3．1．2 仿真实验

3．2 数值求解分析

3．2．1 静态稳定性分析

3．2．2 动态稳定性分析

3．3 本章小结

第四章 失稳预测指标实时检测系统

4．1 实时检测系统的构成

4．1．1 检测原理

4．1．2 传感器安装

4．1．3 系统结构

4．1．4 装载机整车姿态描述

4．2 低成本姿态航向参考系统

4．2．1 低成本AHRS的硬件结构

4．2．2 磁强传感器的校正

4．2．3 姿态融合算法

4．2．4 AHRS精度分析

4．3 本章小结

第五章 试验验证与分析

5．1 模型样机设计

5．1．1 模型样机的总体方案

5．1．2 模型样机的硬件设计

5．1．3 测控软件的设计

5．2 侧翻稳定性试验及其数据分析

5．2．1 静态侧翻稳定性试验

5．2．2 稳态回转试验

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的相关科研成果