半挂车侧翻预警及防侧翻控制系统的研究

摘要

随着全球经济的高速发展,世界联系日渐紧密,世界各地之间的物资交换更加频繁,半挂车以其灵活、高效的特点在运输领域中扮演着越来越重要的角色;其具有运输效率高、运输成本低、装载质量大、装卸方便、能完成一些特殊运输作业等优势。但由于半挂车重心较高、轮距较小等结构特点决定了其更容易发生侧翻事故,因此研究半挂车侧翻控制技术具有非常重要的现实意义。
　　 本文综合运用现代传感器技术、现代控制技术、电子技术和信息转换技术等设计一种新型的半挂车侧翻预警及防侧翻控制系统;目的是提高半挂车的抗侧翻能力,保护国家财产和人民生命安全。
　　 查阅了国内外同类产品的相关资料,系统的分析了国内外同类产品的发展历程和特点;在总结前人成果和考虑以后汽车发展方向的基础上,确立了本课题的研究目标和研究方向。
　　 论文首先建立半挂车三自由度侧翻动力学模型,列出半挂车的侧翻方程,分析半挂车侧翻原因,并确立以简单易测的横向载荷转移率的绝对值作为本设计系统的侧翻指标;然后确立结合Simth预估器的PID算法作为本设计系统的控制算法,该算法容易实现且具有很高的可靠性。
　　 本文对半挂车侧翻预警及防侧翻控制系统的硬件进行了相关的设计和介绍,并考虑了抗干扰措施;系统选用轮胎六分力测力仪作为系统的传感器;并根据设计系统的特点,对六分力测力仪做了相应的改进,有效的降低了系统的成本。然后,用C51语言对硬件系统进行编程,并进行了仿真调试。
　　 本文不但设计所选用的侧翻指标-横向载荷转移率的绝对值具有通用性,其侧翻阈值不需要根据车型重新标定,而且系统选用的轮胎六分力测力仪也具有通用性,不同车型只须更换不同的连接盘即可。仿真和调试结果证明,当系统测得的横向载荷转移率的绝对值大于系统设定的侧翻阈值时,系统能及时的进行声光报警,并能控制电机工作,生成抗横摆力矩;基本上能达到设计的目的和要求。
　　 在论文最后,给出了设计系统存在的缺陷和不足,为以后此系统的改进和发展提供了研究思路和方向。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 半挂车防侧翻控制系统的研究意义

1.2 汽车防侧翻控制技术简介

1.2.1 现代汽车电子控制技术简介

1.2.2 汽车防侧翻控制技术简介

1.3 半挂车防侧翻控制技术的研究现状

1.4 课题研究的内容和目标

1.4.1 课题研究内容

1.4.2 课题目标

1.5 本章小结

第2章 半挂车侧翻分析及其动力学建模

2.1 半挂车侧翻分析

2.1.1 侧翻的分类

2.1.2 侧翻的原因

2.2 半挂车数学建模方法分析

2.3 建立半挂车三自由度数学模型

2.3.1 车辆的坐标系的建立

2.3.2 三自由度侧翻模型的建立

2.4 侧翻指标的确立

2.5 本章小结

第3章 半挂车侧翻预警及防侧翻控制系统控制算法的研究

3.1 控制算法的确定

3.2 控制算法简介

3.2.1 PID算法

3.2.2 史密斯(Simth)预估控制技术

3.3 PID参数的确定

3.4 算法的具体操作

3.5 本章小结

第4章 系统传感器的选择和改进

4.1 传感器综述

4.2 改进后轮胎六分力测力仪的结构

4.3 改进后轮胎六分力测力仪的工作原理

4.4 温度补偿与坐标转换

4.5 本章小结

第5章 半挂车侧翻预警及防侧翻控制系统硬件设计

5.1 侧翻预警及防侧翻控制系统的总体框架图

5.2 系统微控制器的选择及基本外围电路设计

5.2.1 微控制器的选择

5.2.2 微控制器最小系统的设计

5.3 轮胎六分力测力仪的电路设计

5.4 人-机接口电路设计

5.4.1 键盘输入电路设计

5.4.2 数码显示电路

5.4.3 报警电路设计

5.5 电源转换电路单元设计

5.6 刹车执行器模块的设计

5.6.1 电机的选择

5.6.2 刹车执行器模块电路设计

5.7 系统硬件设计的抗干扰技术

5.7.1 PCB板的布线原则

5.7.2 配置去耦电容

5.8 电路板设计制作

5.9 本章小结

第6章 半挂车侧翻预警及防侧翻控制系统软件设计

6.1 系统控制软件的总体设计

6.1.1 概述

6.1.2 程序设计语言及程序编译器的选择

6.2 系统主程序设计

6.3 人-机交互模块软件设计

6.3.1 报警模块软件设计

6.3.2 键盘输入及显示模块软件设计

6.4 测量执行模块软件设计

6.4.1 定时器中断软件设计

6.4.2 传感器测量模软件设计

6.4.3 数据处理模块软件设计

6.5 本章小结

结论与展望

参考文献

附图

攻读硕士期间发表的学术论文及科研工作

致谢