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基于横向稳定性的中置轴货车列车参数优化及控制研究
| 论文题名： | 基于横向稳定性的中置轴货车列车参数优化及控制研究 |
| 关键词： | 中置轴;货车列车;横向稳定性;参数优化;控制策略;刚体动力学 |
| 摘要： | 随着GB1589—2016《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》的发布实施，中置轴货车列车正式作为一种新型运输工具开始发挥重要作用。中置轴货车列车具有灵活、运输效率高的特点，能有效降低运输成本，很好配合甩挂、甩箱运输作业。但是，中置轴货车列车是由多个单车铰接组合而成，运动耦合自由度多，纵向尺寸长，高速时容易发生危险事故。因此，研究中置轴货车列车的横向稳定性，对提高其运行安全性能具有重要的意义。 本文首先利用刚体动力学理论，对中置轴货车列车进行了模型简化，建立了其运动微分方程，并在Simulink和TruckSim仿真环境中分别搭建了其理论模型和多自由度非线性仿真模型。利用VBOX、RT陀螺、转向盘角力计等设备设计并搭建了中置轴货车列车横向稳定性测试系统，进而对某型号中置轴货车列车开展了单车道变换实车及仿真试验。经过对实车和仿真试验的数据处理分析，发现反映中置轴货车列车横向稳定性的相关指标吻合较好，验证了理论模型的正确性和仿真模型的可靠性。 其次，为改善中置轴货车列车横向稳定性，对中置轴货车列车的相关参数进行了优化设计。以横摆角速度后部放大系数等为评价指标，参考《汽车操纵稳定性指标限值与评价方法》，建立了中置轴货车列车横向稳定性综合评价得分模型作为优化目标；以牵引销(环)位置、装载质心位置等6个参数为优化变量；以GB1589—2016中对中置轴货车列车的尺寸限值为约束条件，利用均匀试验和多元线性回归理论进行了参数优化分析。 最后，在参数优化的基础上，制定了中置轴货车列车横摆力偶矩控制策略。考虑货车列车在不同行驶工况下的特点，以速度、路面附着系数，车轮转角速率为输入变量，设计了模糊控制器，用以动态调节横摆力偶矩控制的时机。以稳态横摆角速度和铰接角速度为跟踪对象，通过PID控制器和制动力分配策略动态调节各车轮制动力矩，在此基础上建立了TruckSim-Simulink联合仿真平台进行了横摆力偶矩控制策略仿真分析。 研究结果表明，通过对中置轴货车列车进行参数优化和施加横摆力偶矩控制，中置轴货车列车在高速单车道变换工况下的横摆角速度后部放大系数、侧向加速度后部放大系数、横向载荷转移率、铰接角速度得到了有效降低，横向稳定性得到了大幅改善。 |
| 作者： | 任泽凯 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 张京明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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