基于Trucksim软件的汽车列车动力学模型验证研究

首先基于MATLAB/SIMULINK软件建立半挂汽车列车的横摆侧倾运动学模型,然后基于Trucksim软件仿真平台对所建立的动力学模型进行验证。验证结果表明,所建立的横摆侧倾运动学模型精度满足要求,可用于汽车列车挂车主动转向控制器设计研究。     

重型半挂汽车列车主动转向控制策略研究

为了提高重型半挂汽车列车的高速操纵稳定性,基于模糊控制和PID理论,提出了一种牵引车加挂车主动转向控制策略。首先,在MATLAB/Simulink软件中建立三轴重型半挂汽车列车的三自由度线性模型,并对模型有效性进行验证;其次,以三自由度线性模型与TruckSim非线性模型的牵引车横摆角速度偏差及偏差变化率为输入,设计了牵引车后轮主动转向模糊控制器,同时,以挂车横摆角速度偏差设计了挂车车轮主动转向PID控制器;最后,利用MATLAB/Simulink与TruckSim进行联合仿真,分别对牵引车加挂车主动转向控制、牵引车主动转向控制和传统无控制车辆进行双移线工况及重型铰接式车辆后部放大(Rearward Amplification, RWA)性能测试。结果表明,所设计的牵引车加挂车主动转向控制策略相比传统无控制车辆优势明显,有效减小了车辆横摆角速度、质心侧偏角和铰接角等值,牵引车与挂车最大横向位移偏差分别降低了13.75%和29.17%,且RWA比率降低了13.32%,显著提高了重型半挂汽车列车的高速路径跟踪性能及操纵稳定性能。     

随动转向半挂汽车列车机动性分析

针对半挂汽车列车低速机动性差和半挂车第三轴轮胎磨损严重的问题,可将半挂车第三轴设计成随动桥。基于对随动桥基本结构和转向原理的分析,在Adams/Car软件中建立了普通半挂汽车列车和随动转向半挂汽车列车整车模型。对建立的两个整车模型进行360°转弯和转向盘角阶跃转向运动试验,仿真结果表明:随动桥可减小半挂汽车列车的偏移距和通过宽度,提高半挂车第三轴的轨迹跟随能力,可有效提高半挂汽车列车的转向机动性和减轻半挂车第三轴轮胎的磨损。     

二次型最优控制的半挂汽车列车主动侧倾控制算法研究

针对半挂汽车列车的侧倾稳定性问题,建立了八自由度的半挂汽车列车动力学模型,并以线性二次型调节器（linear quadratic regulator,LQR）为基础,提出了一种基于回路传输恢复技术（loop transfer recovery,LTR）的线性二次型高斯（linear quadratic guass,LQG）最优控制算法。设计了局部状态反馈控制器,实现某车速下的侧倾控制,并进行了该车速下阶跃转向工况的车辆仿真分析。仿真结果表明：LQG／LTR控制器具有良好的抑制干扰噪声的能力和较好的鲁棒性,有效提高了半挂汽车列车的侧倾稳定性。     

车身扭转柔性对半挂汽车列车侧翻影响的仿真分析

首先建立牵引车和半挂车的刚性车身半挂汽车列车模型,然后考虑车身的扭转柔性,将牵引车和半挂车的簧载质量分为前、后两部分,并建立各部分相互作用的方程,从而建立柔性车身半挂汽车列车模型。在MATLAB软件中建立半挂汽车列车的仿真模型,以横向载荷转移率和悬架侧倾角为判断指标,在角阶跃转向工况和鱼钩转向工况下分别对刚性车身和柔性车身半挂汽车列车模型进行仿真。对比仿真结果可知,车身的扭转柔性对半挂汽车列车的侧翻有较大影响。     

四轮转向半挂汽车列车鲁棒最优保性能控制

引入Gim轮胎模型建立四轮转向半挂汽车列车的四自由度非线性动力学模型。考虑轮胎侧偏刚度的不确定性,提出四轮转向半挂汽车列车直接横摆力矩的鲁棒最优保性能控制方案,基于模型追踪控制技术推导了直接横摆力矩的鲁棒最优保性能控制器。借助Matlab/Simulink软件,以建立的非线性动力学模型为平台,对该控制器的有效性进行了验证。仿真结果表明,高速大转向时,与传统二次最优控制相比,四轮转向鲁棒最优保性能控制方案可获得更好的控制效果,可显著提高半挂汽车列车的操纵稳定性。     

半挂汽车列车横向稳定性的模糊控制

引入Gim轮胎模型建立了半挂汽车列车的非线性动力学模型。以牵引车横摆角速度为控制变量,提出了半挂汽车列车直接横摆力矩的模糊控制方案,基于模糊控制技术设计了模糊控制器。借助MATLAB／Simulink,以建立的非线性动力学模型为平台,对该控制器的有效性进行了验证。仿真结果表明,高速转角大转向时,直接横摆力矩的模糊控制器能保证半挂汽车列车的侧向稳定性。     

四轮转向半挂汽车列车直接横摆力矩的模糊控制

引入Gim轮胎模型建立了四轮转向半挂汽车列车的非线性动力学模型.提出了四轮转向直接横摆力矩的集成控制方案,以零侧偏角为控制目标确定了半挂汽车列车牵引车后轮转角,以牵引车横摆角速度为控制变量,基于模糊控制技术设计了直接横摆力矩模糊控制器.借助Matlab/Simulink,对该控制器的有效性进行了验证.仿真结果表明,高速大转向时,四轮转向直接横摆力矩集成控制器能得到较好的输出响应,显著提高了半挂汽车列车的操纵稳定性,使驾驶员能够对半挂汽车列车进行正常操纵.     

半挂汽车列车操纵稳定性仿真研究

通过建立半挂汽车列车的动力学模型,对其进行拉氏变换,求出系统的传递函数;改变半挂汽车列车的使用和结构参数,利用MATLAB编程进行数字仿真,通过系统的传递函数求出其根轨迹;再根据根轨迹变化趋势,判断系统是否稳定及稳定裕度的大小;结果表明:车速、轮胎侧偏刚度、牵引车与挂车的质量、挂车质心到铰接点的距离、牵引车质心到铰接点的距离等参数,对半挂汽车列车操纵稳定性的影响程度不同,选择合理的参数可以提高半挂汽车列车的操纵稳定性。     

基于ADAMS的重型半挂牵引车建模及性能研究

在ADAMS中建立重型半挂汽车的模型,通过角阶跃输入、角脉冲转向输入、回正性仿真试验,来验证模型的瞬态响应特性及牵引车在有无半挂车两种工况下性能的比较,仿真结果表明,车辆动力学模型可以很好的仿真不同工况下车辆的响应,挂车对牵引车瞬态响应的影响不大,但对于瞬态响应后进入稳定状态的侧向加速度、横摆角速度等影响较大,在研究重型半挂车时,一定要把牵引车和挂车放在一起进行试验研究,从而更好地为重型半挂车的研究提供依据.     

低附着路面转弯工况下半挂汽车列车横向稳定性控制

针对低附着路面半挂汽车列车转弯稳定性差的问题,依据车辆动力学和控制理论对半挂汽车列车转弯控制策略进行分析研究.应用TruckSim软件建立包括传动系统、转向系统、制动系统、悬架系统、空气动力学、轮胎、车体7大子系统的半挂汽车列车模型,并在MATLAB/Simulink中建立ESP和AFS集成控制器,采用联合仿真方式对低附着路面转弯时车辆的稳定性进行分析.结果 表明:提出的AFS和ESP的集成控制策略有效地提高了半挂汽车列车在低附着系数路面转弯工况的横向稳定性,避免了侧滑、折叠等失稳现象.     

四轮转向半挂汽车列车横向稳定性的模糊PID控制

提出直接横摆力矩与四轮转向集成的控制方案。建立了四轮转向半挂汽车列车的四自由度非线性动力学模型,以零侧偏角为控制目标确定半挂汽车列车牵引车后轮转角,以牵引车横摆角速度为控制变量,基于模糊PID控制技术设计了直接横摆力矩模糊控制器。借助Matlab/Simulink软件,对该集成控制器的有效性进行了验证。仿真结果表明,高速大转向时,该四轮转向直接横摆力矩集成控制器能得到较好的输出响应,牵引车质心侧偏角、横摆角速度,半挂车横摆角速度及牵引车与半挂车的中心线夹角响应均能很快稳定,可显著提高半挂汽车列车的操纵稳定性。     

汽车主动防侧倾系统建模与试验分析

为提高汽车行驶稳定性,建立了汽车主动防侧倾系统的动力学模型,通过在MATLAB/Simulink环境中建立汽车主动防侧倾稳定杆模型,设计了PID侧倾稳定控制器。在CarSim软件中建立了汽车动力学模型,实现了该汽车主动防侧倾系统的MATLAB/Simulink和CarSim的联合仿真。仿真结果表明：与传统横向稳定杆相比,汽车主动防侧倾系统能够明显减小车辆车身的倾角。最后通过实车试验对仿真结果进行了验证,试验结果表明了仿真结果的正确性,证明了汽车主动防侧倾系统能有效提高车辆行驶稳定性和安全性,改善乘坐舒适性。     

半挂汽车列车横向失稳的非线性动力学机制

半挂汽车列车载运工况变化较大,横向失稳机制复杂,给整车及稳定性控制系统的开发设计带来困难。应用非线性动力学的相关理论,研究半挂汽车列车在极限操纵工况下的平衡点分岔、相轨迹和Hopf分岔特性以及与载运工况的关系;在此基础上,结合不足转向梯度和系统阻尼特性对不同横向失稳形式的发生机制进行探讨。结果表明,载运工况的变化可能导致系统出现鞍结分岔、Hopf分岔和同宿轨道等非线性动力学现象;牵引车后轴侧滑而导致折叠是半挂汽车列车主要的横向失稳形式,挂车甩尾与折叠密切相关,挂车甩尾会同时加剧牵引车侧滑而加剧折叠,横向摆振与Hopf分岔密切相关,一般仅在载重较大且半挂车质心显著靠后才可能发生,且横向摆振失稳一般都会进一步发展到折叠而完全失控,选择牵引车横摆角速度和挂车侧偏角为控制变量设计稳定性控制系统有望取得较好的效果。     

车辆主动悬架协调控制技术研究

为解决汽车转向工况下悬架系统垂向振动控制和侧倾控制存在的协调问题,提出了基于功能分配的主动悬架协调控制策略,设计了垂向运动控制器、侧倾控制器和协调控制器,通过协调控制器对垂向运动控制器和侧倾控制器进行功能分配。在控制策略的实现过程中,利用Adams建立整车动力学模型,在Simulink中设计控制系统,搭建Adams/Simlink主动悬架整车联合仿真平台,并通过汽车二自由度线性模型验证该平台的可行性。在C级路面上进行了直线行驶和角阶跃输入两种工况的仿真实验,对算法进行验证。结果显示,通过协调控制器进行功能分配的主动悬架控制系统,能很好的协调垂向控制器和侧倾控制器,提高了汽车的综合性能。     

磁流变半主动横向稳定杆对汽车侧倾的影响

由于智能材料磁流变液具有响应时间短、可控范围大等特性,基于磁流变液的半主动执行器件的应用越来越广泛。为同时保证车辆在高速转向时的行驶安全性（抗侧倾性能）和在通过不平路面时的行驶平顺性,提出一种磁流变半主动横向稳定杆。装有旋转式磁流变阻尼器的横向稳定杆可在车辆低速转向时提供较小的扭转力矩以提高平顺性,而在高速转向时提供大扭转力矩以提高安全性。为验证提出的半主动横向稳定杆的可行性和有效性,建立装有磁流变横向稳定杆的车辆侧倾数学模型,并基于整车动力学仿真软件CarSim对某型汽车整车模型进行半被动控制下的动力学仿真。以一种基于车身侧倾角速度的分段控制策略对磁流变横向稳定杆进行了初步的控制仿真,并与传统被动横向稳定杆对车辆侧倾的性能影响进行了对比、分析和评价。     

本刊2021年第10期要目预告

正基于知识图谱的工艺推理系统双电机电动汽车驱动防滑转控制策略研究重型半挂汽车列车主动转向控制策略研究     

基于主动悬架的车辆主动侧倾控制研究

汽车侧倾控制通常被动地以减小侧倾角为目标,在转弯中这种控制对提高操纵稳定性、车速、防止侧翻的效能有限。提出一种在转弯时基于主动悬架控制汽车向转弯方向侧倾的控制方法,建立包含2自由度转向模型和4自由度侧倾模型的6自由度车辆模型,通过动力学分析确立期望侧倾角,建立使稳态侧倾角误差为零的主动侧倾滑模控制。仿真计算证实了该控制方法可使乘员感知的侧向加速度和横向载荷转移率大大减小,有效提高了转弯时的操纵稳定性、平顺性、通行速度,大大减小侧翻的可能性。     

汽车多增益融合线控转向传动比及防侧翻控制

转向传动比是汽车操纵稳定性及主动安全性的重要影响因素,理想转向传动比忽略转向执行机构影响,仅考虑汽车单一运动稳定性,难以实现汽车主动转向防侧翻实际要求。考虑线控转向执行机构动力学特性,提出融合汽车横摆、横向及侧倾运动增益的线控转向传动比,设计多增益融合转向传动比的主动转向防侧翻控制策略。建立线控转向系统模型,分析线控转向系统动力学特性;由汽车系统动力学理论求解横摆运动、横向运动及侧倾运动的转向传动比增益,采用遗传算法进行不同工况的转向传动比优化,获得多增益融合线控转向传动比;根据典型工况汽车稳定性分析规律,设计多增益融合线控转向传动比的汽车主动转向防侧翻控制策略。实例仿真结果表明,多增益融合线控转向传动比能同时改善车辆低速转向灵活性和高速转向稳定性,设计的控制策略在绊倒型及非绊倒型工况均能够有效地防止汽车侧翻,减少控制器对驾驶员转向意图的干预。     

基于动态稳定性的汽车侧翻预警

为提高汽车侧翻预警算法的实时性及动态过程侧翻预警的精度,提出基于动态稳定性的汽车侧翻预警算法。考虑车轮侧倾外倾和侧倾转向及悬架变形外倾和变形转向对轮胎侧偏特性的影响,建立多自由度汽车侧翻动力学模型;应用汽车侧翻动力学理论及劳斯稳定性判据获得汽车侧翻动平衡稳定条件及汽车侧翻动平衡状态的抗干扰稳定条件,并提出侧翻动态稳定因子作为汽车动态稳定性的评价指标;融合汽车侧翻预警机理及侧翻动态稳定因子设计出基于动态稳定性的汽车侧翻预警算法;针对高速紧急工况下运动型多功能车侧翻过程进行动态侧翻预警仿真分析。结果表明,基于动态稳定性的汽车侧翻预警算法预警结果准确、实时,可提高动态过程汽车侧翻预警精度,降低侧翻危险的误报警率,有助于改善汽车防侧翻的主动安全性能。