半挂牵引车高速行驶的侧翻估计及防侧翻可靠性研究

摘要

半挂牵引车由于其质心位置高，结构复杂，在高速行驶时躲避障碍物、超车或者高速转弯等工况下，与单体货运车辆相比更容易丧失侧向稳定性，产生折叠、甩尾、横摆、侧翻等现象。而且容易占据其他车辆车道，造成更严重的交通事故。所以，半挂汽车牵引车侧翻的估计以及侧翻可靠性极具研究价值。本文通过虚拟仿真技术研究了半挂汽车牵引车的侧翻估计及可靠性问题。可靠性的模拟用于控制系统，可以提前做出侧翻预警，以减少发生侧翻危险的概率，以达到更好的安全性。
　　首先，本文建立了牵引车线性三自由度数学模型，在Simulink中建立仿真模型。仿真结果表明在某些工况下所建立的三自由度模型能很好的模拟半挂汽车列车的基本运动特性。
　　其次，对扩展卡尔曼滤波(EKF)和无迹卡尔曼滤波(UKF)估计进行分析对比，比较各自的优缺点，最后选择无迹卡尔曼滤波估计进行估计分析。牵引车三自由度侧翻模型状态方程通过matlab程序离散，然后建立含有噪声加载项的状态线性方程与线性量测方程。然后，对牵引车三自由度侧翻模型进行无迹卡尔曼滤波(UKF)估计，与Simulink中建立仿真模型进行对比，对估计的结果进行分析，之后对横向加速度，重心高，载荷迁移率LTR分别进行100次，1000次，10000次模拟的无迹卡尔曼滤波(UKF)估计。
　　最后，对载荷迁移率LTR的无迹卡尔曼滤波估计(UKF)结果进行可靠性计算与分析。对初始速度15m/s(54km/h)，前轮转角阶跃输入值为0.05rad,运用蒙特卡罗的模拟方法对载荷迁移率LTR进行100次，1000次，10000模拟，然后通过模拟的数值对LTR进行可靠性分析。然后对前轮转角正弦输入模拟，正弦峰值为0.05rad，周期为5s，运用蒙特卡罗的模拟方法对载荷迁移率LTR进行100次，1000次，10000模拟，然后通过模拟的数值对LTR进行可靠性分析。仿真结果，近似的概率或者可靠性指标是用来估计重型车侧翻的风险的较好的方法，可以用于侧翻预警和控制系统。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 汽车安全法规介绍

1．2．1 国外汽车安全法规

1．2．2 国内汽车安全法规

1．3 汽车侧翻指标

1．4 汽车侧翻预防技术

1．4．1 悬架系统

1．4．2 主动转向系统／四轮转向4WS

1．4．3 主动制动

1．5 汽车侧翻预警研究

1．6 研究内容

1．7 本章小结

第2章 半挂牵引车侧翻模型与仿真分析

2．1 侧翻介绍

2．2 数学模型的建立

2．2．1 假设条件

2．2．2 简化三自由度力学模型建立

2．2．3 轮胎动力学模型

2．2．4 侧翻系统微分方程

2．2．5 状态方程

2．3 汽车侧翻动态稳定性及动态稳定因子

2．4 侧翻模型的SIMULINK仿真

2．4．1 Simulink简介

2．4．2 仿真分析

2．5 本章小结

第3章 无迹卡尔曼滤波估计分析

3．1 卡尔曼滤波简介

3．1．1 Kalmall滤波起源及发展

3．1．2 Kalman原理

3．1．3 Kalman滤波器的应用

3．2 扩展与无迹比较

3．2．1 扩展卡尔曼滤波特点

3．2．2 无迹卡尔曼滤波特点

3．3 无迹卡尔曼滤波原理

3．3．1 问题描述

3．3．2 UT变换原理

3．4 本章小结

第4章 侧翻模型的UKF分析

4．1 状态方程离散

4．2 UT变换设计

4．3 三自由度侧翻模型UKF估计

4．4 无迹卡尔曼滤波结果分析

4．4．1 阶跃输入分析

4．4．2 正弦输入分析

4．5 本章小结

第5章 牵引车可靠性分析

5．1 可靠性研究的发展历史及现状

5．2 可靠性概述

5．3 可靠性基础

5．3．1 可靠度

5．3．2 不可靠度

5．4 可靠性的数学基础

5．4．1 数学基础

5．4．2 可靠性分析基本理论

5．4．3 常用可靠度的计算方法

5．5 蒙特卡罗方法

5．6 对LTR的可靠性估计

5．7 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢