客车绊倒侧翻预警及DB+AFS集成控制研究

针对传统侧翻预警系统存在的只能预测因急转弯时侧向加速度过大引起的非绊倒性侧翻而无法预测因道路凹凸不平引起的绊倒性侧翻的缺陷,研究了汽车遭遇各种复杂工况及突发事件时的失稳机理,构建了客车绊倒侧翻模型,提出了一种能应对路面垂向不确定性激励的侧翻预警机制,设计了客车绊倒侧翻指标观测器.分析比较了DB,AFS,AS这三种常用的防侧翻执行机制的优缺点,结合经典控制算法PID反馈原理加上DB+AFS集成控制策略设计了客车绊倒性侧翻控制器.通过汽车行业标准软件TruckSim和系统仿真软件MATLAB/Simulink对侧翻指标观测器和防侧翻控制器进行联合仿真,表明所设计的客车绊倒性侧翻预警与控制系统能准确预测到客车侧翻失稳时机并实施有效的控制防止客车侧翻.     

基于神经网络和侧翻时间算法的轻型汽车侧翻预警

为实现车辆侧翻精确预警,建立了三自由度侧翻模型和基于侧翻时间(TTR)算法的侧翻预警算法。在此基础上引入仿生智能神经网络,提出基于多状态参量修正的NN-TTR侧翻预警算法。选取典型车辆状态参数组合对传统TTR进行修正分析,并利用Matlab/Simu-link与Carsim联合仿真平台对侧翻预警算法进行验证。结果表明,基于NN-TTR的轻型汽车侧翻预警算法能够有效提高侧翻预警精度,为主动防侧翻控制奠定良好基础。     

基于Matlab最优控制主动悬架 对汽车侧翻稳定性仿真分析

汽车侧翻是常见的交通事故之一,车身侧倾角在很大程度上影响着汽车的操纵稳定性和乘坐舒适性。通过借助Matlab/Simulink建立四自由度的1/2汽车主、被动悬架模型,分析汽车在不同转弯半径、不同行驶路面以及紧急突发急转弯情况下侧倾角加速度、侧倾角、车身垂向加速度以及侧翻因子。结果表明:在车辆正常转弯时,主动悬架可以很好地降低车辆的侧倾角加速度、侧倾角和车身垂向加速度,且路面对侧翻因子影响较大;在遇紧急情况急转弯时,主动悬架不仅可以大大降低车辆的侧倾角加速度、侧倾角和车身垂向加速度,还可以大幅度降低侧翻因子,有主动悬架的车辆侧翻因子均方根值比被动悬架车辆下降39.04%,很大程度上改善汽车的操纵稳定性、乘坐舒适性及侧翻稳定性。     

客车封闭环腰梁接头形式对侧翻安全性的影响

针对客车侧翻事故中车身上部结构变形的特点,在调查了几个现有封闭环接头形式的基础上,提取出3种典型的客车车身骨架腰梁接头形式,并建立了相应的有限元模型,研究了接头在侧翻冲击中的变形特性。将3种典型接头引入封闭环中进行侧翻性能对比,得出了其对侧翻性能影响的初步规律,为客车结构的侧翻安全性设计提供参考。     

匹配机械弹性车轮的汽车稳定性分析

为深入研究匹配机械弹性车轮(MEW)的某越野车的横摆与侧翻稳定性,利用刷子理论模型,建立MEW纵滑与侧偏理论模型;利用平板式轮胎力学特性试验台分别对MEW和普通子午线充气轮胎进行了对比试验,验证了理论模型的正确性.以横摆角速度和预测载荷转移率(PLTR)分别作为横摆稳定性和侧翻稳定性的评价指标,并建立匹配MEW的整车非线性Carsim仿真模型,基于相平面分析方法研究MEW侧偏力学特性对汽车横摆与侧翻稳定性的具体影响规律.结果表明:MEW与子午线充气轮胎侧偏特性曲线的变化趋势基本一致,侧向力峰值基本相同,但MEW的侧偏刚度较大,匹配MEW的整车侧翻稳定性较好,横摆稳定性较差;增大MEW的侧向力峰值的同时适当减小侧偏刚度值,可以提高匹配MEW汽车的横摆与侧翻稳定性.研究结果可为车轮侧偏性能的改进及车轮结构优化提供相应的理论依据.     

基于刚柔耦合的自卸汽车卸载作业安全性分析

针对自卸汽车卸载作业时发生的侧翻问题，本文利用Hypermesh软件建立了柔性车架，采用ADAMS软件建立了刚柔耦合的8×4无副车架自卸汽车整车虚拟样机模型。该模型由柔性车架、车箱、举升机构、双前桥、中后桥、前悬架、后平衡悬架及轮胎等部件组成，并对自卸汽车在不同路面横向坡度卸载作业进行仿真分析，得到自卸汽车安全作业的路面横向坡度与举升角、装载量之间的关系，研究了不同装载量及有无副车架对其稳定性的影响。研究结果表明，自卸汽车在举升卸载过程中，在装载量一定的情况下，路面横向坡度越大，临界举升角越小；在路面横向坡度一定的情况下，装载量越大，临界举升角越小；在路面横向坡度及装载量一定的情况下，无副车架自卸汽车比有副车架自卸汽车作业更稳定；自卸汽车未正常卸载的侧翻横向坡度角小于正常卸载的侧翻横向坡度角。该研究对自卸汽车的稳定性设计及作业安全性具有一定的参考价值。     

汽车高速紧急避障路径跟踪与主动防侧翻控制

为提高匹配机械弹性车轮汽车在高速紧急避障时的效率与安全性,在Simulink中建立了整车非线性八自由度模型,并基于车轮样机台架试验数据,利用Matlab遗传算法工具箱对机械弹性车轮模型参数进行分级辨识.综合考虑行驶车速、轨迹跟踪误差、方向盘转角以及侧翻评价指标,建立了八自由度驾驶员—汽车预瞄跟随闭环系统模型.分析了汽车在不同行驶车速时所需的方向盘角输入信息与侧翻状态响应,总结出汽车高速转向时的侧翻动态特性.为高速安全通过规划的避障路径,在转向控制驾驶员模型基础上建立了速度控制驾驶员模型,当侧翻评价指标超过安全阈值时利用制动踏板降低车速,当纵向车速小于期望安全车速时利用加速踏板提高车速.仿真分析表明建立的高速避障路径跟踪与控制策略能高效完成避障路径跟踪,同时能有效降低紧急避障时的侧翻风险.     

基于Trucksim的双挂汽车列车瞬态侧翻状态

使用多体动力学软件Trucksim构建双挂汽车列车模型,并根据仿真结果进行瞬态侧翻状态研究。通过仿真不同车速下的瞬态阶跃响应,获得汽车列车的各个轮胎垂直载荷、侧向加速度、横摆角速度、车辆侧倾角以及铰接角等状态变量的变化规律。根据轮胎垂直载荷瞬态变动判断车辆各轴发生临界侧翻的先后顺序,并与侧向加速度阈值评价结果对比,发现第一节半挂车车轴最先发生临界侧翻危险。通过变化车速与转向盘转角,得到临界侧翻的稳定行驶速度域。     

大客车侧翻安全性仿真分析

分析大客车侧翻车身结构安全性研究的意义,建立了侧翻试验仿真流程。用Hy-perMesh建立了整车有限元模型,并用OptiStruct验证了模型的有效性,然后参照ECE R66标准建立侧翻试验台,用能量转换的方法简化碰撞过程,用LS-DYNA进行仿真计算,并引用星级评价方法对结果进行安全性评价。最后对腰身部位的结构进行改进设计,提高了大客车的侧翻安全性。     

基于校车侧翻安全性的热冲压立柱结构优化设计

基于新型混合动力校车安全性和轻量化的需求,根据侧围立柱结构主要承受弯曲冲击载荷的特点,同时结合热冲压高强钢的性能优势,提出了一种热冲压立柱结构。对悬臂梁中部承受的冲击载荷进行有限元计算分析,结果表明:在质量不变的情况下,热冲压立柱结构的最大变形量降低了74.9%,承载能力提高了223.6%,具有突出的抗碰撞性能和轻量化潜力。通过整车侧翻有限元计算,并结合全尺寸实车侧翻试验验证了有限元计算结果的准确性。基于径向基函数建立了热冲压立柱截面尺寸与侧翻碰撞变形量、加速度以及结构质量的代理模型,采用遗传算法求解校车结构侧翻碰撞安全性和轻量化的多目标优化问题,结果显示:变形量平均降低了38.2%,生存空间加速度降低了23.4%,同时结构质量降低了63.9%,进一步表明热冲压立柱结构可以同时大幅度提高侧翻安全性和轻量化性能。     

基于TTR预警的重型车辆防侧翻控制算法

对建立的重型车辆8DOF与5DOF实时简化动力学模型进行了比较,优选出了能较好预测未来侧翻危险程度的5DOF模型,进而研究了基于该模型的实时TTR侧翻预警算法和基于预警算法的防侧翻LQR最优主动控制策略。应用差动制动的方法对重型车辆进行了主动侧倾控制,还选取鱼钩等四种转向工况,以TruckSim和MatLab联合仿真来验证预警算法的精度与可靠性。仿真结果表明,基于差动制动的LQR控制方法能有效地降低侧翻指标——横向载荷转移率(LTR),避免侧翻的发生,显著提高了重型车辆的侧倾稳定性。     

车辆弯道行驶侧倾稳定性分析与侧翻预警研究

车辆在弯道上高速行驶易发生侧翻事故,为此研究了车辆弯道防侧翻预警算法.首先分析车辆弯道行驶的侧倾稳定性,进而导出车辆弯道行驶侧向加速度极限方程,结合弯道半径等道路信息计算车辆进入弯道的安全车速.通过硬件在环驾驶模拟试验台对该预警算法进行验证,结果表明:该算法能对驶入弯道且具有侧翻风险的车辆进行预警,以有效避免侧翻,同时提高弯道车辆通行效率.     

高速公路上防止货车侧翻的研究

近年来高速公路上的交通事故越来越引起人们的重视。为减少交通事故的发生,人们开始研究交通事故的类型和预防交通事故的发生。笔者就预防货车在高速公路上的侧翻提出了＂货车运行状态监控系统＂,以通过运行状态监控系统来减少货车侧翻交通事故。     

基于模型预测的重型商用车侧翻预警算法

在建立商用车侧倾简化模型和确定动态侧倾阈值的基础上,开发了基于侧翻时间预测的重型商用车侧翻预警算法和一套能觉察翻车危险的实时侧翻预警控制器,并进行了实车场地试验验证。试验结果表明,本文算法可在控制器上运行,并能在车辆接近侧翻时及时提醒驾驶员采取相应措施,从而避免侧翻发生。     

客车侧翻乘员防护座椅系统

为提高客车侧翻事故中对乘员的保护能力,减少或避免乘员损伤,根据客车侧翻中乘员的运动状态、损伤机理和损伤程度评价,提出了具有主动倾斜约束的ARS(active-tilting restraint system)安全座椅系统.结合ECE R66法规,建立了车身段结构-约束系统-乘员组合有限元模型,计算分析了客车侧翻时座椅约束系统对乘员不同运动行为状态下的乘员损伤和防护作用.与原座椅系统的对比分析可知,ARS座椅在客车侧翻时有效地约束了乘员的运动轨迹确保其在生存空间内,避免了被撞击侧乘员超出生存空间而受到损伤,且乘员的头部和胸部等损伤指标HIC(head injury criteria)和TTI(thoracic trauma index)均得到有效改善.研究结果表明:ARS座椅在客车侧翻中施加相对于翻转运动的回正作用能有效保证乘员的生存空间,同时经约束客车乘员的运动状态提高了其损伤防护能力.     

柔性车身半挂汽车列车侧倾模型的建立与仿真分析

建立了包含非线性轮胎模型和柔性车身的半挂汽车列车数学模型,用于分析其侧倾稳定性,防止侧翻的发生。在Matlab/Simulink中搭建了仿真模型。给整车以转向盘角阶跃输入,分析了不同车速和结构参数下半挂汽车列车的各轴载荷转移变化情况,得出半挂汽车列车结构参数与侧倾稳定性的内在联系,为汽车设计与控制侧翻提供了参考与依据。     

重载车辆转向安全性研究

为有效分析重载车辆的转向安全性,利用拉格朗日方法建立了整车转向模型和侧向平衡方程,定义侧翻余量和侧滑余量,并对侧翻和侧滑的顺序进行判定。在此基础上分析了路面横向附着系数等因素与车辆转向时侧向平衡性的关系,并进一步揭示了重载车辆侧倾和横摆惯性积对稳定性的影响。最后对某型实际重载车辆的转向特性进行了仿真验证,发现路面横向附着系数主要影响侧滑,车身质心高度和轮距宽度的比值主要影响侧翻,惯性积会影响系统的稳定性。     

粘接式客车侧窗玻璃对客车侧翻性能的影响

为分析粘接式侧窗玻璃对客车侧翻性能的影响,提出了一种简化的粘接式侧窗玻璃模型。基于钢化玻璃破坏应力在静态作用下较小的准则,应用试验方法,对粘接式侧窗玻璃进行准静态加载。在试验中提取玻璃上6个应力提取点的应力,对其平均应力进行曲线拟合,确定钢化玻璃的失效断裂极限。将玻璃断裂极限应用于有、无侧窗玻璃两种侧翻模型,对两种模型进行对比分析,结果表明粘接式侧窗玻璃对车侧翻性能影响较小。     

基于液固双向耦合的罐式半挂车侧翻阈值辨识

为了研究动态条件下液体晃动对于罐式半挂车侧倾稳定性的影响,基于Trucksim和Fluent建立了液固双向耦合仿真模型,并推导了其瞬时液体质心运动轨迹求解方程,在双移线工况下针对不同充液比、不同车速得出侧向力和侧倾力矩变化曲线,分析了液固耦合变化规律;利用微元法思想提取了液体质心,得出了不同充液比下罐内液体质心运动轨迹变化规律,并选取车辆侧倾角和侧向加速度作为侧翻阈值指标对罐式半挂车在该工况下的侧翻阈值进行辨识。结果表明:在充液比较低时,液体晃动对罐式半挂车侧倾稳定性影响占主导地位,且在充液比0.6左右时其侧翻阈值最低,在较高充液比范围液体总质量对车辆侧倾稳定性影响较大。研究结果可为后续罐体优化设计及防侧翻控制策略开发提供理论参考。     

基于等效晃动模型的液罐车防侧翻控制策略

为提高公路液罐车行驶稳定性,减少由其侧翻引起的事故,将液罐内液体货物的晃动等效为单摆运动,结合3自由度车辆模型建立了液罐车等效晃动动力学模型,并提出了基于差动制动的液罐车防侧翻控制策略。通过Trucksim/Simulink联合仿真,比较了不同车速、阶跃工况下,装载等质量的液体货物与固体货物的液罐车的状态变量数值大小,由此证明液体晃动对车辆运动的影响;比较了液罐车在阶跃工况与鱼钩工况下有、无主动控制情况时的状态变量值,证明了本文防侧翻控制策略的有效性。