面向无人驾驶的铰接工程车辆横向动力学模型研究

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铰接工程车辆行驶过程易失稳、盲区大、操作难,加之工作环境高扬尘、高振动导致其驾驶安全风险高。随着车辆无人驾驶研究快速发展,为降低工作强度、提升行驶安全,铰接工程车辆必然会向无人化发展。现有的动力学模难以应用与在非结构环境中铰接工程车辆结构变化的行驶过程,不能很好的应用于其无人驾驶。因此,本文对面向无人驾驶的铰接工程车辆横向动力学模型进行研究,主要研究内容如下:(1)构建面向非结构环境无人驾驶的铰接工程车辆动力学模型。根据铰接工程车辆的结构特点,分析了其前后车体的运动学关系,建立了其运动学模型。然后利用达朗贝尔原理建立了整车和前后车体的动力学方程获得了其状态方程,实现了对行驶过程中车身结构变化引起的运动叠加的动力学规律求解。(2)探究动力学模型横向稳定性约束。探究车辆整车和前后车体的约束条件。提出了一个针对铰接工程车辆的侧翻指标,结合铰接工程车辆的特点,建立了车辆横向加速度、横摆角速度、角加速度、车轮侧偏角范围等约束条件,优化了本文建立的铰接工程车辆横向动力学模型。(3)通过仿真模型和比例样机对模型进行有效性和准确性的验证。通过Solidworks搭建虚拟模型,导入Adams和Matlab联合仿真与本文建立的动力学模型的Matlab求解值进行了加速对比试验、不同铰接角下的圆周行驶对比试验、正弦输入行驶对比实验。通过搭建比例样机进行直线加速、匀速变铰接角至圆周行驶等对比试验以及鱼钩工况侧翻、定转角加速的侧翻实验,以及直角转弯、掉头、避障的无人驾驶模拟实验。验证了模型及约束的准确性和有效性。综上所述,本文面向铰接工程车辆的需求,开发了含有横向失稳约束条件的横向动力学模型,并通过实验验证了该模型的准确性和有效性,为工程车辆的无人驾驶提供了基础。
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