【摘 要】
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半挂汽车列车是交通运输领域的重要车型,与其它运输方式相比具有快速、机动、灵活等独特优势。然而由于其载重量大、尺寸大、满载时质心高、结构特殊等特点,在低附着路面极限工况下行驶时很容易失稳而引发交通事故,造成巨大的人身财产损失,而横向失稳是造成事故的主要原因,因此对于半挂汽车列车横向稳定性的研究对于保障交通运输安全和人民生命财产安全具有重要意义,也可以为半挂汽车列车主动安全技术的研发与改进提供良好的理
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半挂汽车列车是交通运输领域的重要车型,与其它运输方式相比具有快速、机动、灵活等独特优势。然而由于其载重量大、尺寸大、满载时质心高、结构特殊等特点,在低附着路面极限工况下行驶时很容易失稳而引发交通事故,造成巨大的人身财产损失,而横向失稳是造成事故的主要原因,因此对于半挂汽车列车横向稳定性的研究对于保障交通运输安全和人民生命财产安全具有重要意义,也可以为半挂汽车列车主动安全技术的研发与改进提供良好的理论基础。本文在总结分析国内外半挂汽车列车横向稳定性控制与主动横摆力矩研究的基础上,以改善半挂汽车列车在低附着路面极限工况下行驶时的横向稳定性为目标,对一种利用半挂车主动横摆力矩提升整车稳定性的方法进行了研究。提出了轮毂电机电子差速与机械制动协同控制的策略,在半挂车两侧车轮引入轮毂电机,利用差动驱动与差动制动共同产生的主动横摆力矩提高半挂汽车列车的横向稳定性。通过Truck Sim与Matlab/Simulink联合仿真对所研究方法的有效性进行验证,结果表明,本文所提协同控制策略在低附着路面极限工况下取得了良好的控制效果,与传统差动制动相比,控制效果得到了进一步提升。本文的研究工作主要有以下几点:(1)对目前半挂汽车列车横向稳定性控制与主动横摆力矩的国内外研究现状进行了综述,得到了研究启示,并分析了所提控制方法的优势与可行性。(2)对半挂汽车列车的整车构型以及差动制动与轮毂电机的驱动的优势进行了分析,利用车辆动力学仿真软件Truck Sim搭建整车非线性动力学模型,用以输出车辆的实际运行状态,建立Matlab/Simulink线性四自由度单轨参考模型,用以输出车辆的理想运行状态,并对轮毂电机进行选型与建模。(3)对半挂汽车列车横向稳定性控制与主动横摆力矩的产生方法进行了研究,以牵引车与半挂车各自的横摆角速度作为控制变量,采用分层控制的思想提出了一种控制方法,上层控制器采用模糊PID控制,根据控制变量的偏差与偏差变化率,决策出牵引车和半挂车各自所需要的主动横摆力矩;下层控制器为力矩分配器,对差动制动与协同控制两种力矩分配方法进行研究,根据目标车轮驱/制动规则及力矩分配规则,输出每个车轮的驱/制动力矩;牵引车由差动制动产生主动横摆力矩,半挂车两侧车轮加装有轮毂电机,对轮毂电机的驱/制动转矩与机械制动系统差动制动进行协同控制产生主动横摆力矩;为防止车轮抱死,对每个车轮的滑移率进行控制,将滑移率保持在最优区间。(4)搭建了Truck Sim与Matlab/Simulink联合仿真平台,在低附着路面、半挂车满载的情况下,选择双移线、鱼钩、方向盘角阶跃三个典型工况进行了联合仿真。仿真结果表明,本文所提的控制方法对整车的横摆角速度、质心侧偏角、铰接角、侧倾角、侧向加速度等有良好的控制效果,不但能有效地抑制侧滑、折叠等横向失稳现象的发生,还对侧倾稳定性有一定的改善,将协同控制与差动制动两种方法的控制效果进行了比较,结果表明协同控制的控制效果优于传统差动制动控制,能更有效地提高半挂汽车列车在低附着路面行驶时的横向稳定性。
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