【摘 要】
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为了紧急快速救援各类突发灾害和自然灾害,对应急救援车辆的机动能力提出了更高的要求,如何保证车辆在高机动行驶下的稳定性成为了应急救援车辆所面临的关键技术需求。主动前轮转向和油气悬架作为车辆重要的底盘子系统,能够分别提高车辆的横摆稳定性和侧倾稳定性。因此,如何构建合理有效的控制策略协调主动前轮转向和油气悬架系统是提高应急救援车辆在高速行驶下稳定性的关键技术途径。本课题在国家重点研发计划项目“高机动多功
【基金项目】
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国家重点研发计划项目“高机动多功能应急救援车辆关键技术研究与应用示范”（项目编号:2016YFC0802900）；
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为了紧急快速救援各类突发灾害和自然灾害,对应急救援车辆的机动能力提出了更高的要求,如何保证车辆在高机动行驶下的稳定性成为了应急救援车辆所面临的关键技术需求。主动前轮转向和油气悬架作为车辆重要的底盘子系统,能够分别提高车辆的横摆稳定性和侧倾稳定性。因此,如何构建合理有效的控制策略协调主动前轮转向和油气悬架系统是提高应急救援车辆在高速行驶下稳定性的关键技术途径。本课题在国家重点研发计划项目“高机动多功能应急救援车辆关键技术研究与应用示范”（项目编号:2016YFC0802900）的资助下,立足于油气悬架和主动前轮转向系统,以应急救援车辆为研究对象,提出油气悬架多目标优化及控制方法、主动前轮转向介入机理及控制策略、转向悬架解耦控制算法等关键理论,并依托自主研制的应急消防救援样车,对所提出的控制策略展开试验测试研究,主要研究内容如下:（1）建立应急救援车辆多自由度动力学模型、魔术轮胎模型以及路面输入模型,并基于Matlab/Simulink平台构建仿真模型,为后续应急救援车辆在不同工况下的动力学仿真奠定模型基础。（2）提出油气悬架多目标优化及侧倾稳定性控制方法。基于AMESim/Simulink联合仿真平台建立路面-轮胎-悬架-车身模型,对油气悬架系统进行灵敏度分析,并基于改进多目标优化算法对油气悬架的参数进行多目标优化设计;建立油气悬架控制系统模型,提出油气悬架系统的侧倾稳定性控制逻辑,设计基于指数趋近律的变结构滑模控制器,并通过并行自适应克隆选择算法对所设计的滑模控制器参数进行优化。（3）提出主动前轮转向介入机制及横摆稳定性控制方法。结合双线法和横摆角速度法,构建应急救援车辆的封闭多边形相平面稳定区域,提出主动前轮转向介入机制;以跟踪车辆理想横摆角速度和质心侧偏角为目标,提出主动前轮转向的横摆稳定性滑模控制策略,并基于扩展卡尔曼滤波算法对车辆质心侧偏角进行状态估计。（4）提出油气悬架和主动前轮转向的解耦控制策略。构建包括侧向、横摆和侧倾三个自由度的车辆动力学模型,并通过Interactor算法对车辆底盘的可逆性进行分析;基于广义回归神经网络（GRNN）辨识车辆底盘逆系统,使应急救援车辆底盘系统解耦成两个独立的伪线性系统;设计PID与GRNN逆系统组成的复合控制策略,对车辆横摆角速度和侧倾角进行反馈调节,实现对车辆转向悬架底盘集成系统的解耦控制。（5）对XJY18D应急消防救援样车底盘的机械系统与液压系统进行设计选型,完成样车的制造、装配和调试,并基于自主研制的样车对所提出的油气悬架控制策略、主动前轮转向控制方法、油气悬架与主动前轮转向解耦控制策略进行试验测试。本文所提出的应急救援车辆油气悬架和主动前轮转向控制策略,有助于提高应急救援车辆高速行驶时的稳定性、提升应急救援车辆的抢险救灾效率,对于我国应急救援装备的应用与产业化推广也具有重要意义。
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