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原文传递多轮独立电驱动铰接车辆的弯道制动控制策略研究

论文题名：	多轮独立电驱动铰接车辆的弯道制动控制策略研究
关键词：	铰接车辆;弯道制动;控制策略;稳定性
摘要：	近年来，由于各类自然灾害和突发事故的频繁发生，为了紧急救援，减少人民群众生命财产损失，应急救援车辆得到了迅速发展。本文以一种新型多轮独立电驱动铰接车辆为研究对象，该车型有着多车体可独立驱动、自由组装、复杂路面条件下适应性和通过性较强等优点，为开展紧急救援提供重大帮助。由于该车型质心相对较高，前后车体通过铰接装置连接，在弯道制动工况下易发生失稳情况，因此，本文研究了多轮独立电驱动铰接车辆的弯道制动控制策略，以提高该车型在弯道制动工况下的横摆稳定性和侧翻稳定性。　　为此，本文分析了铰接车辆的弯道制动稳定性并设计侧倾角估计算法，建立铰接车辆的十五自由度非线性动力学模型，提出了弯道制动时的控制策略以改善横摆稳定性和侧翻稳定性，并设计了制动力优化分配控制算法，本文的主要研究内容如下：　　1）铰接车辆弯道制动稳定性分析及侧倾角估计。首先，对铰接车辆弯道制动过程进行动力学分析，详细分析各轴车轮提前抱死对铰接车辆制动稳定性的影响，为控制策略的研究提供理论依据；其次，建立铰接车辆的侧翻简化控制模型，基于无迹卡尔曼滤波设计侧倾角估计算法；最后，对所设计的侧倾角估计算法的准确性进行仿真验证，仿真结果表明侧倾角估计算法精度较高，为侧翻稳定性控制策略奠定基础。　　2）多轮独立电驱动铰接车辆整车动力学建模。定义整车动力学模型的坐标系，推导各个车轮的垂直载荷，根据多轮独立电驱动铰接车辆的结构特点，确定整车的自由度，利用多体动力学理论和虚功率原理将铰接装置的约束力包含在整车动力学方程内，在MATLAB/Simulink中建立十五自由度整车动力学模型，为后续研究铰接车辆的弯道制动控制策略奠定基础。　　3）弯道制动稳定性及制动力优化分配控制策略研究。首先，设计横摆稳定性控制策略，建立横摆失稳控制模型，并研究铰接车辆的横摆失稳判别条件，通过线性二次型调节器(LQR)计算附加横摆力矩；其次，基于侧翻预警时间(TTR)设计侧翻稳定性控制策略，分别推导前后车体的横向载荷转移率fLTR和rLTR作为铰接车辆的侧翻预警指标，实现对铰接车辆侧翻状态的准确预测，通过PID计算出防侧翻控制的附加横摆力矩；接着，制定横摆侧翻集成控制策略，根据铰接车辆的横摆和侧翻状态，对各自的附加横摆力矩进行加权计算；最后设计下层制动力分配器，采用二次规划，将上层控制策略中计算出的前后车体的附加横摆力矩和总制动力分配到每个车轮上。　　4）弯道制动控制策略仿真验证与分析。首先，分别选取角阶跃低附着工况、角阶跃高附着工况、鱼钩低附着工况和鱼钩高附着工况，验证了铰接车辆的弯道制动控制策略的有效性，仿真结果表明在弯道制动控制策略没有介入时，容易出现横摆失稳或侧翻失稳；在施加控制后，可以明显提高铰接车辆弯道制动时的横摆稳定性和侧翻稳定性。
作者：	陶剑锋
专业：	车辆工程
导师：	王建华
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022