半挂汽车列车挂车转向PSO-LQR控制器设计

针对低速转向时挂车跟踪牵引车轨迹性能较差的问题,设计了一种基于粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)的挂车主动转向LQR控制器,探讨了不同权重矩阵获取方式对挂车转向控制效果的影响。验证了构建的挂车转向半挂汽车列车运动学模型的可靠性;设计了挂车的低速轨迹跟踪LQR控制器,利用PSO算法优化了LQR控制器的权重矩阵;研究了不同权重矩阵获取方式下的控制器性能。研究结果表明:经PSO算法优化后的LQR控制器能使挂车更快地进入稳定跟踪状态;当权重矩阵R分别取作0.1和1时,相比于由人为整定得到的权重矩阵Q对应的挂车跟踪误差,全局最优权重矩阵对应的挂车跟踪误差在单U形路径下分别减小26.1%和19.4%,在匝道螺旋路径下分别减小了40.9%和43.4%。

基于硬件在环的双挂汽车列车高速横向稳定性控制研究

针对双挂汽车列车在高速超车工况的横向失稳、挂车折叠和甩尾等危险情况,提出了一种基于模糊比例、积分、微分(Proportion、Integral、Differential,PID)控制的直接横摆力矩差动制动控制策略,分别以双挂汽车列车TruckSim非线性模型与四自由度线性模型的质心侧偏角、横摆角速度的偏差及其偏差变化率为目标,设计了2种差动制动的横向稳定性控制策略,分别为仅牵引车控制的单控模式和牵引车加挂车都控制的多控模式,通过MATLAB/Simulink软件和TruckSim软件联合仿真以及硬件在环(Hardware-in-the-Loop,HIL)平台对控制策略的有效性进行仿真验证。结果表明:在高速超车工况下,相较于无控制车辆和单控模式车辆,多控模式车辆的横向稳定性控制系统更能降低车辆的质心侧偏角、横摆角速度、铰接角和车辆后部放大(Rearward Amplification,RWA)系数,在改善双挂汽车列车横向稳定性方面优势明显。

模块化的双挂汽车列车研究

双挂汽车列车运输是一种新的模块化运输方式,具有高效低碳等优点。该种车型长度较长、总质量较大,再加上运输模块增多,导致车辆安全性能变差。为此,系统地梳理了多挂列车车辆型谱,提出了适合国内运输的双挂汽车列车方案,并应用车辆主动安全技术提升汽车列车安全性能。

某重型多轴线汽车列车性能分析及使用注意事宜

某重型多轴线汽车列车专门承担重要大件货物运输工作,为满足大件货物运输的承载要求,实现大件货物的安全顺利运输,该汽车列车在组成结构、道路适应性、牵引能力、承载能力等方面都进行了针对性的设计,通过对该汽车列车的能力分析,提出了使用注意和后续型号改进建议。

基于MPC的半挂汽车列车高速变道稳定性研究

针对半挂汽车列车高速变道侧向稳定性问题,基于五自由度车辆参考模型和Trucksim软件中的车辆模型,设计了模型预测控制器,制定了差动制动目标制动车轮的选择规则,并在高速单移线和双移线工况下,通过仿真测试验证了所设计的控制系统的有效性。研究结果表明:所设计的控制系统在高速单移线和双移线这两种工况下都能使半挂汽车列车具有较好的变道稳定性;在高速单移线工况下,经控制后的牵引车和挂车,其质心侧偏角、横摆角速度和侧倾角的峰值都有了不同程度的下降,各状态参量达到稳态的时间明显缩短,车辆在变道过程中的横向摆振运动得到了明显的抑制;在高速双移线工况下,经控制后的半挂汽车列车避免了控制前车辆的危险侧翻运动,安全顺利地完成了高速双移线变道运动,提高了半挂汽车列车的高速变道稳定性。

单拖挂汽车列车路径跟踪控制策略

为提高汽车列车路径跟踪性能,结合模型预测控制和最优曲率预瞄控制设计了路径跟踪控制器。在曲线部分采用模型预测控制以减小横向跟踪误差,在直线部分采用最优曲率预瞄控制来提高行驶稳定性,基于Truck⁃Sim/Simulink建立联合仿真模型并进行了仿真分析。结果表明,与对标车型自带路径跟踪控制器相比,在单移线工况下,采用综合控制器的汽车列车轨迹跟踪误差减少了60%以上,稳定性指标改善了7%。

双挂汽车列车右转弯内轮差分析与改善

由于双挂汽车列车的车辆组成单元多且车身较长,在右转弯时其一挂车、二挂车后轮与牵引车前轮会产生内轮差,导致车辆整体的运动轨迹向弯道内侧偏移,对弯道内侧的行人及车辆会造成安全威胁。鉴于此,论文基于多体系统运动学理论建立了双挂汽车列车双轨运动学模型,推导出车辆右转弯的运动方程并用MATLAB软件计算仿真得出各个车轮的运动轨迹;通过对一挂车、二挂车后轮轴进行主动转向控制,分析了车辆右转弯时的内轮差和各车轮运动轨迹的变化情况。结果表明,双挂汽车列车右转弯的过程中会产生较大的内轮差并存在尾部放大效应,越靠近车辆尾部的车轮与牵引车前轮的轨迹差值越大,适当对一挂车、二挂车后轮轴进行主动转向控制可以有效减小双挂汽车列车的内轮差,提高车辆的行驶安全性。

半挂汽车列车多轴主动转向控制策略研究

针对半挂汽车列车低速机动性和高速稳定性较差的问题,建立三轴半挂汽车列车三自由度线性参考模型,以牵引车与挂车横摆角速度趋近于参考值、质心侧偏角趋近于零为设计目标,采用线性二次型调节器(linear quadratic regulator, LQR),制定牵引车挂车主动转向控制策略;应用仿真软件,在低速360°圆形工况与高速单移线工况下对LQR主动转向控制车辆进行仿真,并与无控制车辆模型进行对比分析。仿真结果表明,LQR主动转向控制车辆的低速机动性和高速稳定性得到了有效改善,证明所制定的控制策略具有较好的控制效果。

分布式电驱动汽车列车横向稳定性控制研究

为了提高分布式电驱动汽车列车的横向稳定性,提出了一种基于线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator,LQR)的极值优化驱动力矩控制策略。建立了三自由度理想汽车列车模型,通过基于LQR的附加横摆力矩控制器得到附加横摆力矩,运用极值法合理分配驱动力矩,采用TruckSim与MATLAB/Simulink联合仿真平台分别进行了中速双移线和高速单移线工况仿真。仿真结果表明,中速双移线工况下,所设计的极值优化驱动力矩控制策略相比于平均分配控制策略,其牵引车的质心侧偏角峰值降低了22.78%,牵引车与挂车的横摆角速度峰值分别降低了5.46%和2.86%;高速单移线工况下,其牵引车与挂车的质心侧偏角峰值分别降低了22.85%和17.19%,横摆角速度峰值分别降低了10.40%和8.16%,提高了分布式电驱动汽车列车中高速行驶时的横向稳定性。为验证极值优化驱动力矩控制策略在实时系统中的控制效果,进行了硬件在环测试,结果表明硬件在环测试结果与仿真结果一致。

双挂汽车列车操纵稳定性优化研究

针对B类双挂汽车列车操纵稳定性道路试验结果不理想的问题,利用MATLAB建立双挂汽车列车动力学模型进行仿真试验,根据相关文献研究结果及实际情况调整车轮侧偏刚度和挂车轴距进行正交试验,分析车轮侧偏刚度和挂车轴距的最优组合,结果表明,车轮侧偏刚度和挂车轴距调整为牵引车前轮侧偏刚度的1.25倍、牵引车后轮侧偏刚度的1.50倍、1挂车轮胎侧偏刚度的1.50倍、2挂车轮胎侧偏刚度的1.25倍、2挂车轴距的0.50倍时双挂汽车列车的操纵稳定性最优。对轮胎侧偏刚度、挂车轴距进行优化后进行验证试验,结果显示优化效果明显。

多连接点汽车列车类型及验证试验项目研究

多连接点汽车列车凭借大容积、高载重优势深得运输行业推崇,但连接点数量的增加会让车辆的运动状态变得复杂,同时其更长的尺寸也对通过性以及其他道路使用者带来一定的影响。目前随着交通强国试点项目的推进,已有多地开始在政府指定的试点线路上有条件地运行多连接点汽车列车。由此,研究了国际上常见的多连接点汽车列车的组合形式,并结合项目运行经验以及对汽车标准体系的理解,给出了多连接点汽车列车验证试验时应专项考虑的试验项目,以期给多连接点汽车列车研发、试验、试点运行人员一定的参考。

汽车列车技术现状及发展趋势研究

本文介绍了我国汽车列车的发展现状,及其在公路运输中起到的重要作用。同时阐述了全挂汽车列车及半挂汽车列车的自身优势,并对我国汽车列车未来的发展趋势进行了分析及展望。汽车列车目前正向着大型化、专业化、电子化、智能化的方向不断发展。

半挂汽车列车动态制动力的合理分配

本文论述了半挂汽车列车动态制动工况下的轴荷分配计算,并提出了理想制动力的分配及特征曲线的计算表达式。对于各轮轴间制动器制动力具有固定比值的汽车列车,亦可计算其轴荷分配,并用各轮轴的利用附着系数,作为设计各轮轴间制动器制动力的评价指标。

半挂汽车列车制动系的设计

对半挂汽车列车制动系设计中的一些问题进行了探讨。提出了一种特别适合半挂汽车列车制动性能的分析方法，并能求得全面的分析指标。

高等级公路与国产半挂汽车列车技术的发展

本文论述了高等级公路对半挂汽车列车性能的各项要求。介绍了国内半挂车的发展概况，提出了存在问题和差距。

基于主动制动的半挂汽车列车横摆稳定性控制

为研究半挂汽车列车在高速大转向等极限操作工况下的横摆稳定性控制问题,建立了14自由度的半挂汽车列车非线性仿真模型;提出了牵引车与半挂车独立直接横摆力矩控制的横摆稳定性控制方案,通过牵引车和半挂车车轮的合理选择和主动制动实现横摆控制;以跟踪参考模型的稳态横摆响应为目标,设计了PI横摆稳定性控制器,对牵引车和半挂车分别设计了目标制动车轮的选择决策规则。单移线操作仿真结果表明,基于主动制动的横摆力矩控制可有效改善极限工况下半挂汽车列车的横摆稳定性,牵引车与半挂车进行独立横摆控制可以减小制动车轮选择决策的复杂性,而获得较好的控制效果。

半挂汽车列车挂车主动转向控制研究

针对传统半挂汽车列车弯道行驶时,挂车的运动轨迹通常向弯道内侧偏移的问题,提出了一种挂车车轮主动转向控制方法,通过移位寄存器操作构建挂车的目标路径,根据实际路径与目标路径间的预瞄偏差量调整挂车车轮转角以减小路径偏差量。基于TruckSim与Simulink联合仿真平台开展了路径跟随性仿真,结果表明,所设计的控制器提高了挂车对牵引车路径的跟随性,而且显著减小了挂车铰接点和轮胎的侧向力,从而提高了车辆行驶的稳定性,减小了轮胎磨损。

基于相似模型的汽车列车横向摆振试验研究

应用相似模型理论对半挂汽车列车模型进行了相似关系分析.在建立汽车列车横向动力学模型的基础上,在汽车列车横摆模拟实验台上,对在不同车速、不同结构参数条件下的汽车列车横向摆振特性进行试验,并对试验结果和数字仿真结果进行对比分析.研究结果表明:理论计算结果与模型试验行为具有很好的一致性,这种方法为提高试验系统性能和向原型车辆反推提供可行性.

半挂汽车列车模型的建立与试验

在建立8自由度半挂汽车列车数学模型的基础上,应用Matlab/Simulink仿真软件建立仿真模型。研制了能通过配重实现不同质量参数组合的挂车,并以优尼柯NJ1020型为牵引车,参考ISO9815和ISO7975标准,进行了转向行驶和制动试验,验证了所建模型的正确性。

欠驱动半挂汽车列车的运动建模与跟踪控制

应用车辆系统动力学理论,建立了以车辆参考坐标系和地面坐标系的欠驱动汽车列车动态模型。为了简化验算和求解过程,采用准确线性化方法对建立的系统模型进行线性化。在此基础上,针对小曲率转弯半径的车辆运行轨迹,建立了极坐标下的汽车挂车系统运动学模型,应用滑模变结构控制理论,给出了车辆系统状态变量向超平面收敛的方法。最后,对平滑运动轨迹和小曲率转弯半径的跟踪控制进行了仿真分析。仿真实验结果表明:所设计的反馈控制器能改善汽车列车对行驶路线的跟踪能力,使偏离的车辆快速返回到期望的稳态轨迹上。