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基于差动制动和主动转向控制的半挂汽车列车横向稳定性研究
| 论文题名： | 基于差动制动和主动转向控制的半挂汽车列车横向稳定性研究 |
| 关键词： | 半挂汽车列车;挂车主动转向;差动制动;K均值聚类分析 |
| 摘要： | 半挂汽车列车由于其复杂的结构特点和多变的驾驶环境，容易发生一些交通事故，如甩尾、折叠和侧翻等，而这些危险事故的发生主要是因为车辆的横向失稳造成的。因此本文以牵引车两轴、挂车三轴的半挂汽车列车模型为研究对象，通过Simulink、Trucksim软件联合仿真，对其进行差动制动控制和挂车主动转向控制以提高半挂汽车列车的横向稳定性。论文的研究工作主要从以下几个方面开展： ⑴建立半挂汽车列车模型。根据半挂汽车列车横摆侧倾模型的动力学分析获得其五自由度和三自由度简化模型，在Trucksim中搭建了相同车型的半挂汽车列车模型；通过数据曲线拟合和遗传算法完成了简化模型中的参数辨识工作；在双移线工况下进行简化模型和Trucksim模型的动力学响应对比。对比结果表明建立的简化模型和辨识的参数可靠，可以为后续研究提供模型基础； ⑵判定车辆安全等级。分析半挂汽车列车在从稳定到失稳时，各状态量的变化情况，从而确定各状态量在安全等级判定中的权重；利用K均值聚类分析获得半挂汽车列车安全等级及参数值；搭建半挂汽车列车安全等级在线判定模块； ⑶半挂汽车列车差动制动研究。基于MPC控制理论设计附加横摆稳定力矩生成器；制定制动力矩分配规则和计算制动力矩大小；搭建安全等级识别控制模块；在双移线和角阶跃工况下进行仿真验证。仿真结果表明所设计的差动制动控制器使得半挂汽车列车，在双移线工况下牵引车的横摆角速度响应峰值降低了38.5%，在一级安全等级控制情况下降低了61.5%，在角阶跃工况下从侧翻失稳控制到稳定行驶，有效提高了半挂汽车列车稳定性； ⑷半挂汽车列车挂车主动转向研究。基于LQR控制理论设计挂车中间轴转角生成器；根据轮胎侧偏力大小相同原则分配挂车其他轮胎转角；利用粒子群算法对LQR控制中的Q矩阵系数进行优化；在双移线工况下进行了仿真验证。仿真结果表明，所设计的挂车主动转向控制器可以使得挂车质心侧偏角响应峰值降低66.7%，粒子群算法优化后降幅达到了83.3%，有效提高半挂汽车列车的横向稳定性。 |
| 作者： | 石炳明 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 朱永强;郭鹏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 青岛理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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