基于TruckSim的重型半挂汽车列车防侧翻控制的研究

摘要

近年来，半挂汽车列车等重型车辆有了很大的发展，由于其具有运输效率高和经济效益好的特点，因此得到广泛应用，已成为道路货运的主要运输工具之一。随着中国交通运输行业的不断发展，车辆侧翻或折叠重大交通事故也在持续增加，研究显示，由于重型半挂汽车列车的质心位置偏高、质量和体积相对较大、轴距较长、轮距相对过窄，极易发生侧翻或折叠事故，可见研制一种防侧翻稳定性控制系统来避免侧翻或折叠事故的频繁发生十分必要。
　　 本文围绕重型半挂汽车列车的运行姿态监测及防侧翻控制这一主题，主要从利用TruckSim软件进行整车建模、提出重型半挂汽车列车防侧翻控制策略和利用MATLAB/Simulink软件建立防侧翻稳定性控制三个方面展开研究：首先根据重型半挂汽车列车稳定性控制的需要利用TruckSim软件建立整车模型，分析车辆发生侧翻和横摆失稳时的运动及受力情况。整车模型包括转向系统、轮胎系统、悬架系统、制动系统、动力传动系统和空气动力学系统等几大系统。其次提出重型半挂汽车列车防侧翻控制策略。为实现防侧翻稳定性控制的目标，本文将车轮横向载荷转移率、侧翻角、折叠角、侧向加速度、横摆角速度和折叠角速度作为控制变量。利用车轮横向载荷转移率对车辆的侧翻状态进行判定，为防侧翻稳定性控制提供依据。并且利用横摆角速度和侧向加速度来估算重型半挂汽车列车的折叠角和牵引车的名义横摆角速度来判断牵引车的转向不足和转向过多趋势，实现横摆稳定性控制。最后本文利用MATLAB/Simulink软件建立了三大重型半挂汽车列车防侧翻稳定性控制系统，分别包括防侧翻控制系统、横摆稳定性控制系统、制动防抱死控制系统。基于上述研究内容，本文利用TruckSim软件和MATLAB/Simulink软件联合仿真的方法自主开发了重型半挂汽车列车仿真平台，利用该仿真平台，进行了重型半挂汽车列车防侧翻稳定性控制实验。实验结果表明：该防侧翻稳定性控制系统可以有效地进行车辆防侧翻控制，从而避免重型半挂汽车列车发生侧翻、折叠和横摆失控事故。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．1．1 车辆防侧翻控制的必要性

1．2．2 车辆防侧翻控制的核心技术

1．2 国外研究现状

1．3 国内研究现状

1．4 本课题研究的意义与目的

1．5 本文主要研究内容

第二章 基于TruckSim的重型半挂汽车列车动力学模型的建立

2．1 TruckSim软件简介

2．1．1 TruckSim软件的特点

2．1．2 TruckSim的组成部分

2．2 重型半挂汽车列车整车动力学模型的建立

2．2．1 整车车体建模

2．2．2 转向系统建模

2．2．3 轮胎系统建模

2．2．4 悬架系统建模

2．2．5 制动系统建模

2．2．6 动力传动系统建模

2．2．7 空气动力学建模

2．3 本章小结

第三章 重型半挂汽车列车防侧翻稳定性控制系统的建立

3．1 重型半挂汽车列车侧翻稳定特性

3．2 重型半挂汽车列车横摆稳定特性

3．3 重型半挂汽车列车折叠稳定特性

3．4 横向载荷转移率LTR的定义

3．5 重型半挂汽车列车防侧翻稳定性控制的目标

3．6 重型半挂汽车列车防侧翻稳定性控制的三大控制系统

3．7 防侧翻控制系统的建立

3．7．1 主动悬架中空气弹簧的弹簧力控制模块

3．7．2 防侧翻控制触发方法的改进

3．7．3 主动悬架中减震器的阻尼力控制模块

3．8 横摆稳定性控制系统的建立

3．8．1 牵引车理想横摆角速度的估算

3．8．2 重型半挂汽车列车横摆稳定性控制策略

3．9 防抱死制动控制系统的建立

3．10 本章小结

第四章 重型半挂汽车列车防侧翻稳定性控制的仿真实验

4．1 鱼钩工况

4．1．1 鱼钩转向工况的侧翻稳定性控制仿真实验

4．1．2 鱼钩转向工况的实验结果分析

4．2 双移线工况

4．2．1 路面附着系数较低的情况

4．2．2 低附着路面下双移线工况的实验结果分析

4．2．3 路面附着系数较高的情况

4．2．4 高附着路面下双移线工况的实验结果分析

4．3 方向盘角阶跃输入工况

4．3．1 方向盘角阶跃输入工况的防侧翻稳定性控制仿真实验

4．3．2 方向盘角阶跃输入工况的实验结果分析

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文情况