半挂汽车防侧翻模型和控制算法的仿真研究

摘要

经济的高速发展必然要求运输能力的提高，而公路运输是交通运输中重要的组成部分，因此运输能力比较大的重型车辆开始逐渐的被应用起来。其中半挂汽车由于转载量大、运输成本较低等特点，在国内的发展比较迅速，其保有量持续增加。但是由于半挂汽车的质心位置比较高，轮距相对的较窄及体积比较大等特点，使其在转向行驶时很容易发生侧翻，带来很大的交通安全隐患。近几年来，许多学者对半挂汽车的侧翻进行了研究，但大多数都是将整车车身直接简化成刚性体，忽略了车身扭转特性对侧翻的影响。　　文中首先通过由浅入深地分析了半挂汽车的侧翻机理，了解了半挂汽车的一些参数和性能对侧翻的影响，提出了加强车辆侧倾稳定性的一些措施。并据此对整车进行了合理化的假设和简化，这样即能方便简单的建立整车的动力学模型又能较为准确的反应车辆的本身的性能。并提出了一些用于主动控制车辆、避免发生侧翻的措施。　　文章在提出合理化的假设和简化后，首先从简入手，建立了刚性车身的单一牵引车模型。然后在此基础上，加入了车身的扭转特性对车辆侧翻的影响，对车身做了简单的柔性处理，分别建立了牵引车和半挂车模型，并根据整车铰接处的特性，将两者组合到一起形成半挂汽车整车模型。然后在matlab/simulink中，编程和搭建了单一车和整车的仿真模型。　　接着根据对半挂汽车的侧翻机理的分析，针对采用主动防侧倾杆控制整车侧翻这一控制方案，对建立的车辆模型进行了分析，以车辆的横向载荷转移为依据，判断车辆的运行情况，辨别车辆发生侧翻的可能性。接着采用最优控制算法，制定合理的控制策略，设计控制系统。　　最后在matlab/simulink环境下，在阶跃转向、fishhook转向和双移线的仿真工况下，对建立的被动悬架车辆和加入主动防侧倾杆的车辆分别进行了仿真。仿真中依然先从简单的单一牵引车入手，分析控制效果，然后采用同样的方式对柔性车身的半挂汽车整车仿真。仿真结果显示无论是哪种工况下，单一牵引车和半挂汽车整车的侧倾都得到了很好的控制，能够有效的防止侧翻的发生，证明了所建立的控制系统的有效性。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 半挂汽车防侧翻研究现状

1.3 本文研究工作

2 半挂汽车侧翻分析

2.1 引言

2.2 准静态侧翻

2.3 瞬态侧翻

2.4 横摆-侧倾模型

2.5 车身的柔性

2.6 小结

3 半挂汽车模型防侧翻模型的建立

3.1 引言

3.2 假设和简化处理

3.3 刚性车身牵引车线性模型

3.4 柔性车身的半挂汽车整体模型

3.5 非线性轮胎

3.6 小结

4 控制系统设计

4.1 引言

4.2 控制系统概述

4.3 控制目标制定

4.4 最优控制算法

4.4 小结

5 半挂汽车主动防侧翻控制仿真

5.1 引言

5.2 车辆参数

5.3 刚性车身牵引车仿真

5.4 柔性车身半挂汽车仿真

5.5 小结

6 全文总结和展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果