半挂汽车列车高速行驶侧向稳定性仿真分析与控制研究

摘要

半挂汽车列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，半挂汽车列车侧向稳定性控制策略和方法极具研究价值。本文通过虚拟仿真技术研究了半挂汽车列车的侧向稳定性控制问题。
　　首先，本文建立了线性三自由度半挂汽车列车数学模型，在Simulink中建立仿真模型，并与Trucksim软件对比仿真。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，本文利用牵引车实际横摆角速度跟踪理想横摆角速度，以横摆角速度偏差为控制变量，利用PID控制和模糊PID控制理论计算使车辆恢复稳定运行的附加横摆力矩，根据建立的制动器模型将力矩换算为所需的制动力，并建立了差制动模型。利用Trucksim软件和Simulink进行了联合仿真分析，结果表明该控制策略能很好的控制半挂汽车列车的高速行驶的稳定性，且模糊PID控制因其具有参数自整定能力，其控制效果略优于PID控制。
　　最后，针对半挂汽车列车在高速紧急制动容易出现折叠现象的问题，本文利用建立的ABS模型进行仿真，验证了ABS可有效防止半挂汽车列车制动出现折叠现象。文中还设计了一套半挂汽车列车紧急制动防折叠控制装置并制作了半挂汽车列车自动防折叠装置模型。经过模型试验分析证明，该自动防折叠装置能在半挂汽车列车出现折叠趋势时进行控制，从而防止半挂车相对牵引车的转角的进一步增加，能有效防止折叠事故的发生。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 半挂汽车列车侧向稳定性介绍

1．3 半挂汽车列车侧向稳定性国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 研究内容

1．5 本章小结

第2章 半挂汽车列车动力学方程建立与分析

2．1 轮胎模型

2．1．1 轮胎的坐标系

2．1．2 轮胎侧偏特性

2．1．3 非线性轮胎模型

2．1．4 线性轮胎模型

2．2 半挂汽车列车横向稳定性数学模型的建立

2．2．1 模型的假设条件

2．2．2 简化三自由度半挂汽车列车模型的建立

2．2．3 模型验证仿真

2．4 半挂汽车列车稳态转向特性分析

2．4．1 控制系统李雅普诺夫稳定性判断

2．4．2 稳定性因素

2．4．3 稳态响应的类型

2．4．4 半挂汽车列车稳态分析

2．5 本章小结

第3章 半挂汽车列车稳定性控制策略研究

3．1 稳定性控制方法

3．2 半挂汽车列车侧向失稳产生机理分析

3．2．1 横摆失稳机理分析

3．2．2 折叠失稳机理分析

3．3 稳定性控制系统的控制变量的选取

3．4 控制变量理论值的确定

3．5 附加横摆力矩的算法

3．6 控制执行方式的选择

3．6．1 制动器模型

3．6．2 制动力分配

3．7 本章小结

第4章 模糊PID理论在侧向稳定性控制中的应用

4．1 PID控制理论

4．1．1 PID控制器结构

4．1．2 PID控制器参数对控制性能的影响

4．1．3 PID参数整定方法

4．2 模糊控制理论

4．2．1 模糊控制基本原理介绍

4．2．2 模糊控制器

4．2．3 隶属函数

4．2．4 输出向量的解模糊

4．2．5 模糊控制器结构

4．3 模糊PID控制原理

4．3．1 模糊PID控制的优点

4．3．2 参数自整定模糊PID控制器

4．3．3 模糊PID控制器的实现方法

4．4 模糊PID控制器在半挂汽车列车侧向稳定性控制中的实现

4．5 本章小结

第5章 基于Trucksim和Simulink的半挂汽车列车联合仿真

5．1 Trucksim软件介绍

5．2 Trucksim-Simulink联合仿真

5．3 差制动原理

5．4 牵引车稳定性控制动力学仿真

5．5 基于Trucksim和Simulink的半挂汽车列车稳定性控制联合仿真

5．5．1 前轮转角阶跃输入

5．5．2 前轮转角正弦输入

5．6 本章小结

第6章 半挂汽车列车防折叠控制

6．1 高速紧急制动防折叠控制

6．1．1 制动系统ABS控制逻辑模型

6．1．2 仿真结果对比

6．2 自动防折叠装置

6．2．1 防折叠控制系统的不足

6．2．2 自动防折叠装置组成

6．2．3 自动防折叠装置工作原理

6．3 本章小结

第7章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢