基于后轮转向的半挂汽车列车横向稳定性分析与控制研究

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半挂汽车列车由牵引车以及半挂车通过第五轮连接在一起,由于其自身结构复杂以及质心位置高等的特点,传统的半挂汽车列车在中高速行驶急转向,紧急刹车或者高速转弯时,半挂车的侧向加速度过大,容易破坏横向稳定性,造成横摆、甩尾、折叠甚至侧翻等严重事故。综上,半挂汽车列车横向稳定性的研究具有很现实的研究价值。  本文在提出半挂汽车列车后轮转向的基础上采用软件仿真的研究方法分析研究半挂汽车列车横向稳定性的问题。分析半挂汽车列车运动特征建立能够描述汽车列车运动特性的简化数学模型。在Matlab-Simulink建立仿真模型,在Trucksim也建立仿真动力学模型,将两个模型进行对比,仿真验证建立的动力学模型能够较好的描述半挂汽车列车的运动特性。  在建立能够描述半挂汽车列车运动特性的简化动力学模型的基础上,以实现半挂车车轴中心点与第五轮的路径跟随控制目标,达到改善半挂汽车列车的横向稳定性的目的。在分析地面坐标系下半挂车车轴中心点与第五轮运动轨迹偏差的基础上,需要将偏差分析从地面坐标系转化到半挂车坐标系下的相对坐标,控制系统能依据此偏差决策出后轮转向的角度。在后轮转向的控制策略上采用等效滑模控制,切换控制保证系统状态不离开滑模面。在建立采用等效滑模控制的后轮转向的控制策略的基础上比较分析PID控制与等效滑模控制的差异,等效滑模控制在半挂汽车列车横向稳定性的控制效果上优于PID控制。分别在单移线工况和双移线工况下分析采用后轮转向控制策略的半挂汽车列车与没有采用后轴转向的半挂汽车列车横向稳定性的控制效果上进行对比分析。  在分析半挂汽车列车采用后轮转向控制半挂车车轴中心点与第五轮的路径偏差的基础上,研究能够提高半挂汽车列车在进弯道以及出弯道时横向稳定性的控制策略。研究表明在汽车列车进弯道时列车折叠角在一定范围内半挂车车轴不转向;在出弯道时列车折叠角小于一定值之前维持半挂车车轴转向角度不变,能够减小半挂车车轴中心点与第五轮的轨迹偏差,以及减小横向加速度提高列车的横向稳定性。
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