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原文传递基于视景仿真的重型半挂汽车列车通过性与横向稳定性虚拟试验系统开发研究

论文题名：	基于视景仿真的重型半挂汽车列车通过性与横向稳定性虚拟试验系统开发研究
关键词：	重型半挂汽车列车;横向稳定性;动力学仿真;视景仿真;系统开发
摘要：	由于甩挂运输的时间、经济、环保效益突出和道路货物运输重型化、列车化的发展趋势，重型半挂汽车列车（HTST）的优势逐步突显，其市场份额和运输规模快速增长，促进我国运力结构的持续优化。然而，HTST通过性与横向稳定性不良，容易产生轨迹偏离、折叠、侧翻、擦碰等现象而引发交通事故，呈现出较高的事故危害性。开发一款流程化、模块化、标准化和HTST专用的通过性与稳定性虚拟仿真系统，有助于加强HTST性能把关和改善运输安全状况。　　本文根据达朗伯原理构建牵引车和半挂车的动力学模型，通过鞍座牵引销动力学建模、悬架力学建模与转向系统建模以及Fiala轮胎模型，创建HTST整车动力学模型；采用4阶Runge-Kutta求解HTST模型的动力学方程组，基于SimulinkC++代码自动生成技术完成动力学仿真计算程序开发；建立基于PID的稳定车速控制与低速大曲率轨迹跟踪和基于单点预瞄的高速小曲率轨迹跟踪的驾驶员模型，实现驾驶员模型在环（MIL）的HTST动力学闭环仿真。　　采用3dsMax绘制HTST和试验场景设施三维模型，并运用模块组合法构建牵引车和半挂车三维模型数据库；通过搭建OpenGL三维虚拟环境实现模型的读取与重绘，基于纹理映射技术模拟地面、天空穹和地面试验场以渲染试验环境，运用透视矩阵参数化模拟相机、创建透视视景体和裁剪观察空间；依据HTST运动参数并运用模型矩阵变换驱动HTST模型在虚拟试验环境行驶。提出一种运动拆解归位的旋转变换方法，通过将1次不定轴旋转等效为4次定轴旋转，避免横摆与侧倾合运动的参数计算；运用视图矩阵变换模拟相机外参数设置，依据相机和HTST的相对运动，设置驾驶员视角和正视、斜视与俯视的第三人称视角，以及自动跟拍、运动检测与固定机位三种观察模式，实现HTST的三维动态视景仿真。　　依据标准GB1589－2016、QC/T912－2013、GB/T25979－2010和GB/T6323－2014，制定通过性与横向稳定性各试验的仿真控制策略，采用低速大曲率轨迹跟踪执行通道圆和转弯通道仿真试验，运用三次样条插值模拟转向盘脉冲信号，采用转向盘转角输入和高速小曲率轨迹跟踪两种方式执行单一正弦转角输入、单一正弦侧向加速度输入、脉冲输入和蛇形试验仿真试验，实现MIL的HTST通过性与横向稳定性的仿真试验。　　依据上述关键技术，基于VC++6.0平台与MFC程序框架自主设计与开发HTST通过性与横向稳定性虚拟仿真试验系统，囊括动力学与视景仿真两大功能，内嵌全部试验线路、试验方案和指标评价模型。通过仿真试验证明，该系统控制精准、仿真视觉逼真、操纵便利、人机交互效果优良，能够满足通过性与横向稳定性仿真试验要求和有效提高仿真效率。
作者：	韩天园
专业：	车辆工程
导师：	魏朗
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2022