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%。

半挂汽车列车AEBS控制策略分析

作为交通安全保障中的一个重要的道路车辆安全系统,AEBS 系统已经逐渐成为用车领域中的整车标配,并且随着未来的 发展,AEBS系统与技术将会在车辆交通领域中得到普及和发展。基于此,本文针对半挂汽车列车AEBS系统控制策略作出全面分析。

基于TruckSim-Simulink联合仿真的半挂汽车列车的稳定性控制

基于TruckSim建立了非线性半挂汽车列车整车仿真模型,以其作为控制方案仿真验证的平台。探讨了牵引车和半挂车独立差动制动控制对整车横摆运动的主动控制问题,控制方案分为顶层横摆力矩控制器和底层制动力分配器2部分,顶层控制器输出改善整车横向稳定性能的附加横摆力矩,底层制动力分配器合理分配各车轮的制动力来实现该附加横摆力矩,整个控制策略在Matlab-Simulink中实现。阐述了TruckSim与Simulink的联合仿真问题,搭建了TruckSim-Simulink联合仿真模型,通过湿滑路面上的单移线试验操作对控制策略进行了联合仿真分析,结果表明,TruckSim-Simulink联合仿真是进行半挂汽车列车稳定性控制策略分析评价的有效手段,所提出的控制方案能够显著改善整车的横摆稳定性和侧倾稳定性。

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。

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。

半挂汽车列车横向稳定性与失稳机理分析

为半挂汽车列车建立了简化的四自由度单轨模型,并在其上分析了两个重要结构参数,即牵引点和挂车质心位置对半挂汽车列车横向稳定性的影响规律。在此基础上,采用主元特征向量分析方法详细探讨了半挂汽车列车"折叠"和"横向摆振"两种常见的横向失稳现象的发生机理,分析和对比了牵引角和牵引角速度输出反馈对半挂汽车列车"折叠"和"横向摆振"失稳的镇定效果。

一种半挂汽车列车外摆值的计算方法

根据GB 1589—2004和GB/T 12540—2009对外摆值的定义、限值和实验测试方法,参考半挂汽车列车在转弯通道圆内转弯过程的作图法,对半挂汽车列车外摆值的数值计算方法进行了研究。首先,研究了基于惯性坐标系和连体坐标系转弯过程的定量分析方法,推导出了半挂汽车列车外摆值的计算方法,并针对具体的车辆进行了数值计算与分析。然后,计算分析了牵引车与半挂车几何参数变化对外摆值的影响规律。最后,为验证所提半挂汽车列车外摆值数值计算方法的正确性,利用Truck Sim工程软件进行了半挂汽车列车外摆值仿真,同时还进行了实车试验。研究结果表明:该算法计算结果准确、公式简洁、便于理解和工程实用,可为半挂汽车列车的通过性研究提供指导。

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。

半挂汽车列车横向失稳的非线性动力学机制

半挂汽车列车载运工况变化较大,横向失稳机制复杂,给整车及稳定性控制系统的开发设计带来困难。应用非线性动力学的相关理论,研究半挂汽车列车在极限操纵工况下的平衡点分岔、相轨迹和Hopf分岔特性以及与载运工况的关系;在此基础上,结合不足转向梯度和系统阻尼特性对不同横向失稳形式的发生机制进行探讨。结果表明,载运工况的变化可能导致系统出现鞍结分岔、Hopf分岔和同宿轨道等非线性动力学现象;牵引车后轴侧滑而导致折叠是半挂汽车列车主要的横向失稳形式,挂车甩尾与折叠密切相关,挂车甩尾会同时加剧牵引车侧滑而加剧折叠,横向摆振与Hopf分岔密切相关,一般仅在载重较大且半挂车质心显著靠后才可能发生,且横向摆振失稳一般都会进一步发展到折叠而完全失控,选择牵引车横摆角速度和挂车侧偏角为控制变量设计稳定性控制系统有望取得较好的效果。

半挂汽车列车直线行驶横向摆振研究

建立了双质心单轨半挂汽车列车数学模型,对某重型半挂汽车列车进行仿真,探讨了不同车速、不同装载条件及挂车轴距的变化对其直线行驶横向稳定性的影响。根据相似准则求得了某重型汽车列车模型,并对其进行了台架试验。试验结果与理论结果的对比分析表明,两者误差较小,具有较好的一致性。

半挂汽车列车制动中载荷转移对制动性能的影响

在建立的半挂汽车列车制动模型的基础上,分析了制动过程中载荷转移随制动减速度的变化情况。同时,利用Matlab/Simulink软件建立仿真模型,通过与道路试验结果的对比,研究并验证了载荷转移对车轮抱死顺序的影响,并分析了ABS布置形式对制动性能的影响。

半挂汽车列车结构参数及模型处理方式对平顺性的影响

建立了6×4牵引车与3轴半挂车组成的半挂汽车列车11自由度半车动力学模型,在道路不平度的激励下通过频域方法研究了牵引车的驱动桥平衡梁及全浮式驾驶室的不同处理方法对半挂汽车列车平顺性仿真结果的影响。之后,进一步研究了悬架刚度、悬架阻尼系数、轮胎刚度、牵引销前置距及挂车上货物质心位置变化对半挂汽车列车平顺性的影响,并按照其影响的大小进行了排序。这些工作为半挂汽车列车的设计及牵引车与半挂车的匹配提供了一定指导。

二次型最优控制的半挂汽车列车主动侧倾控制算法研究

针对半挂汽车列车的侧倾稳定性问题,建立了八自由度的半挂汽车列车动力学模型,并以线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)为基础,提出了一种基于回路传输恢复技术(loop transfer recovery,LTR)的线性二次型高斯(linear quadratic guass,LQG)最优控制算法。设计了局部状态反馈控制器,实现某车速下的侧倾控制,并进行了该车速下阶跃转向工况的车辆仿真分析。仿真结果表明:LQG/LTR控制器具有良好的抑制干扰噪声的能力和较好的鲁棒性,有效提高了半挂汽车列车的侧倾稳定性。

转向盘转角阶跃输入下半挂汽车列车操纵稳定性仿真分析

基于包括任意载荷分布的非线性轮胎模型在内的半挂汽车列车整车模型,应用汽车列车动力学仿真软件Arc Sim,分析了半挂汽车列车在转向盘转角阶跃输入时的转向特性。通过在不同车速、不同结构参数等条件下的仿真计算,揭示了半挂汽车列车的转向特性与车速、结构参数之间的内在联系,给出了半挂汽车列车转向特性在这些条件下的表现特征,为半挂汽车列车操纵稳定性分析提供了参考和借鉴。

应用虚拟样机技术进行半挂汽车列车制动动力学分析

将虚拟仿真软件ADAMS应用到半挂汽车列车制动动力学研究中,建立了半挂汽车列车整车26自由度(DOF)动力学模型,对半挂汽车列车直线制动及转弯制动进行了仿真分析。通过仿真分析发现,在车辆无ABS转弯制动时,即使按照理想抱死顺序实施制动,半挂车也会出现瞬态“甩尾”的危险工况。

半挂汽车列车弯道行驶横向稳定性分析

为了进一步研究半挂汽车列车弯道行驶横向稳定性,运用动力学理论以及虚拟样机仿真软件ADAMS,建立了具有21自由度的半挂汽车列车虚拟样机,通过将稳态转向试验和转向盘角阶跃输入试验所得仿真结果与实车试验所得曲线相比较进行仿真模型的校验,分析了半挂汽车列车在弯道行驶极限工况下有关参数与时间的变化关系曲线,并分析极限工况所产生的原因。

半挂汽车列车高速紧急避障稳定性控制研究

分析了半挂汽车列车转向的特点,对其稳定性控制原理进行了研究,包括横摆角速度跟踪控制和防倾覆控制。在此基础上,建立了半挂汽车列车多体动力学模型,采用虚拟样机技术,对横摆角速度跟踪控制和防倾覆控制进行运动学与动力学仿真。结果表明,装用车辆动态控制系统后,提高了半挂汽车列车高速紧急避障时的操纵稳定性,因而,其避障行驶的极限条件大大宽松。

非满载罐式半挂汽车列车侧倾稳定性评价改进算法

针对传统准静态(QS)方法在瞬时液体质心的求解和车辆侧倾模型两方面存在的缺陷和不足,改进了改良的方形和椭圆形横截面罐体内瞬时液体质心的求解过程,并推导了改良方形罐体内液体质心的求解公式。重新建立了车辆侧倾模型,避免了不常见和难获得车辆参数的使用,简化了侧倾极限值的求解。利用改进的QS方法通过Matlab对液体密度固定和载质量固定两种情况下的车辆侧倾极限值随充液比的变化进行了仿真。仿真结果表明:改进的QS方法可准确地预测车辆侧倾极限值。

半挂汽车列车转弯制动稳定性模糊控制

针对半挂汽车列车转弯制动时易发生折叠等危险工况的现象,采用Trucksim和Simulink联合仿真的方法,建立了半挂汽车列车转弯制动的动力学模型,并利用实车道路试验数据验证了模型的准确性。设计了半挂汽车列车转弯制动稳定性的控制器和模糊控制策略,并选择高、中、低三种附着系数路面对模糊控制策略和传统逻辑门限控制策略的效果进行了对比分析。结果表明:半挂汽车列车在三种附着系数路面上转弯制动时,模糊控制比逻辑门限控制在车辆制动稳定性能上有所改善,可有效地缩短制动距离和预防折叠现象的发生。