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原文传递汽车罐车侧倾稳定性主动控制策略研究

论文题名：	汽车罐车侧倾稳定性主动控制策略研究
关键词：	汽车罐车;侧倾稳定性;主动安全控制;加速度矢量控制;主动前轮转向;集成控制;液体晃动
摘要：	商用车普遍具有质心高、装载量大的特点，这些特点都是商用车容易发生的侧翻的原因。相比于普通载货汽车，汽车罐车装载的液体货物非满载时，在行驶过程中罐内的液体还具有晃动特性，因此本文探究了转向过程中液体侧向晃动对侧倾稳定性的影响，在此基础上针对行驶过程中侧倾失稳的问题研究了相应的主动控制策略。　　论文的主要研究内容及结论如下：　　（1）构建汽车罐车侧倾动力学模型。考虑转向过程中罐内液体的侧向晃动，对罐内液体建立了椭圆规钟摆模型，对汽车罐车整体建立了纵向、横向、横摆、侧倾四个自由度的模型，并将液体的椭圆规钟摆模型和整车模型以罐体为“纽带”耦合。通过汽车罐车模型与普通载货汽车模型的对比仿真，验证了本文建立模型的有效性。　　（2）分析汽车罐车的侧倾稳定性并构建车辆侧翻稳定性评价指标。基于构建的汽车罐车动力学模型，借助MATLAB仿真工具，进行汽车罐车角阶跃仿真试验，得到不同试验条件下的车辆的动力学响应。仿真试验分别从罐体形状、充液比、车辆输入的车速和前轮转角三方面对比了汽车罐车与普通货车的动力学响应，从而得到液体晃动对罐车侧倾稳定性的影响，为主动安全控制打下理论基础。此外，将横向载荷转移率这一基础的稳定性评价指标与隐马尔可夫模型结合，构建的新评价指标兼具侧翻预测的作用，可以作为控制器触发装置用于主动安全控制。　　（3）分别基于主动前轮转向和速度控制两种策略对汽车罐车侧倾稳定性进行控制。主动前轮转向控制系统用于控制车辆的侧翻，该控制系统以CHMM预测的LTR作为控制器的触发装置，结合神经网络PID控制器，当预测到车辆有侧翻的风险时，BP神经网络PID控制器控制主动前轮转向机构抑制车辆的侧倾趋势。但是由于主动前轮控制的侧翻控制原理是在驾驶员输入的方向盘转角的基础上叠加反方向的转角，带来最大的问题是会改变驾驶员的原本的行驶意图，因此需要引入一种控制策略解决行驶轨迹改变的问题——速度控制。对速度的控制引入加速度矢量控制（GVC），该控制方法模仿了专家驾驶员的转弯操作提出规律设计的，可以提高转弯过程中的灵敏度与舒适性。因此利用加速度矢量的方法控制速度不仅能在车辆即将失稳的情况下提高车辆的行驶稳定性、避免车辆的轨迹变化，也可以在稳定行驶的情况下提高车辆的转弯稳定性。　　（4）对汽车罐车侧倾稳定性集成控制系统的研究。通过对主动前轮转向以及加速度矢量控制两种控制策略的研究以及控制系统的设计，可以发现两种控制策略之间可以优势互补，基于各自的控制目标进行联合，因此在这一部分将两种控制策略集成，共同保障行车安全。本文设计的集成控制器为分层式控制，分为决策层、控制器分配层和执行层。其中决策层的主要作用是分析车辆当前是否需要稳定性控制，当判断车辆需要相应的控制系统开始介入时，将控制信号传递到控制器分配层。控制器分配层在接收到各自的控制目标后，计算出所需控制量传递到对应的执行机构。最终由执行层的车辆执行机构对接收到的控制指令进行反应，转换成施加到车辆的控制作用。
作者：	刘丹
专业：	交通运输
导师：	郑雪莲
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023