带贮液罐类重型车辆操纵动力学与稳定性研究

来源 :广西科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:abeey2009
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作为一种相对高效率和低成本的运输工具,带贮液罐类重型车辆在液体货物运输市场中几乎占据不可替代的地位。但该类车辆除了具有承载重、质心高、体积大等显著不利因素外,在紧急避障或高速转弯等极端操纵工况下,贮罐内液体晃动极易与车体运动产生复杂的耦合效应,并导致车辆发生失稳、侧滑或侧翻等交通事故,进而发生经济损失、以及环境污染和人员伤亡等事件。本文针对于带贮液罐类重型车辆,考虑液体质心横向移动产生附加力矩及晃动阻尼影响的基础上,运用数学向量分析法和拉格朗日方程,推导出带贮液罐类重型车辆稳态转向罐内液体晃动的动力学方程;利用力学理论以及综合汽车相关理论知识建立了车-液耦合多自由度动力学模型;通过大量数值仿真,较系统地分析带贮液罐类重型车辆耦合动力学特性与操纵稳定性;根据滑模变结构控制方法,文中主要提出了直接横摆力矩控制的方法以及车辆主动防侧倾控制的方法保证车辆稳定行驶。其中,具体工作如下:(1)基于等效原则运用一阶单摆模型等效贮液罐内的液体晃动及求解出对罐体的晃动力与晃动力矩;利用有限元软件建立了罐内液体晃动的数值模型且验证了建立的有限元数值模型的正确性;求解出了等效单摆模型中的参数并采用最小二乘法对其进行参数识别;最后通过验证的有限元模型对等效单摆模型的有效性进行验证。(2)考虑液体质心横向移动产生的附加力矩与晃动阻尼的影响,根据等效原则将贮罐内液体晃动等效为单摆模型,对模型中主要的参数进行识别,运用数学向量方法和拉格朗日方程推导出车辆稳态转向时罐内液体晃动的动力学方程;基于力学分析理论与汽车理论知识建立了带贮液罐类重型车辆车-液耦合多自由度侧倾动力学模型;通过输入正弦工况,并与Trucksim软件建立的模型对比,进一步验证所建模型在误差允许范围下可满足动力学仿真要求。(3)考虑贮液罐内的液体晃动和车身运动的相互耦合性特点,较系统地分析不同充液比和不同侧向加速度激励下,贮液罐内液体的晃动对带贮液罐类重型车辆操纵动力学与稳定性的影响,并进一步深入分析了阶跃转向与双移线两种常见工况车辆的行驶稳定性特点,为后期对车辆进行主动控制奠定了一定的基础。(4)针对带贮液罐类重型车辆多自由度非线性系统,基于DYC(直接横摆力矩控制)的思想方法,设计了质心侧偏角滑模控制器,以及横摆角速度滑模控制器,其次依据设定的控制参量,基于加权模块决策出最优附加控制力矩,通过正弦输入工况,对车辆在不同车速及不同附着系数道路工况下进行仿真验证;而针对于紧急避障及车辆高速行驶工况下,设计了车辆主动防侧倾滑模控制器,并通过紧急双移线以及高速行驶的工况仿真验证车辆在各种工况下的稳定性行驶。
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