復(fù)雜工況下半掛汽車列車側(cè)向穩(wěn)定性分析與控制研究.pdf

1、半掛汽車列車在復(fù)雜工況下，如高速行駛中緊急避障、緊急制動以及高速通過彎道等，與單車相比其側(cè)向穩(wěn)定性大幅降低，并產(chǎn)生了一些特有的如折疊、甩尾甚至側(cè)翻等現(xiàn)象，因此也增加了其發(fā)生交通事故的可能性，是半掛汽車列車在使用中的極大障礙。半掛汽車列車一旦發(fā)生交通事故，其造成的傷亡人數(shù)明顯高于其它類型的車輛。因此，深入分析半掛汽車列車側(cè)向失穩(wěn)的發(fā)生機理，研究側(cè)向穩(wěn)定性控制策略和方法對保障設(shè)備和人身安全具有重要的理論與實踐意義。
　　半掛汽車列車側(cè)

2、向穩(wěn)定性受到許多因素的影響，如轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角、路面附著條件、車速、貨物類型、質(zhì)心高度以及側(cè)風(fēng)等。這些因素又互相影響，在某些工況下可能會占支配地位。本文對其中三個重要的因素進行了大量分析研究，獲得了半掛汽車列車側(cè)翻的臨界條件。
　　本文在傳統(tǒng)的線性模型基礎(chǔ)上，在3軸半掛汽車列車輪胎側(cè)偏角中增加了軸側(cè)傾轉(zhuǎn)向、輪胎側(cè)向力變形轉(zhuǎn)向以及輪胎回正力矩變形轉(zhuǎn)向等影響因素。采用該方法建立的改進后的三自由度、五自由度半掛汽車列車線性模型，仍然具有結(jié)構(gòu)簡

3、單、計算量小以及便于實時控制等優(yōu)點，但其性能指標、狀態(tài)參數(shù)接近虛擬樣機車輛。
　　針對復(fù)雜工況下半掛汽車列車出現(xiàn)的側(cè)向失穩(wěn)現(xiàn)象，傳統(tǒng)解決方法是通過判斷車輛的轉(zhuǎn)向類型，然后采取相應(yīng)的控制策略。而判斷轉(zhuǎn)向類型主要是基于橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角。由于懸架、轉(zhuǎn)向系變形的影響，這種判斷方法具有很大的局限性。本文采用計算軸側(cè)向力是否飽和來判斷車輛是否出現(xiàn)了側(cè)滑、激轉(zhuǎn)或折疊等失穩(wěn)現(xiàn)象。在軸側(cè)向力估算中，需要用到輪胎側(cè)偏角、側(cè)向速度、折疊角以及路面

4、法向反作用力等參數(shù)不易測量或者不可能直接測量?；跔恳嚭桶霋燔嚨膫?cè)向加速度與橫擺角速度傳感器測量到的信息，采用狀態(tài)觀測器等方法對側(cè)偏角、側(cè)向速度以及折疊角進行估計，進而估計出軸側(cè)向力。這些參數(shù)在本文提出的側(cè)向穩(wěn)定性控制中起著非常關(guān)鍵的作用。
　　本文采用估計軸側(cè)向力是否飽和來判斷牽引車和半掛車是否發(fā)生了不足轉(zhuǎn)向或過度轉(zhuǎn)向，橫擺角速度只起輔助作用。在橫擺跟蹤控制中，采用差制動的方式對牽引車和半掛車的運行狀態(tài)進行修正。在防側(cè)翻控制中

5、，采用側(cè)翻指數(shù)進行判斷，然后加以控制。
　　半掛汽車列車在高速通過彎道和高速緊急制動過程中極容易發(fā)生折疊現(xiàn)象。針對高速通過彎道出現(xiàn)折疊現(xiàn)象，本文采用在牽引車的前外輪和半掛車內(nèi)側(cè)車輪施加適當制動力的控制方法，它能快速地防止或減輕折疊的發(fā)生。該方法有別于目前國際上普遍采用在牽引車的前外輪施加適當?shù)闹苿右越档瓦^度轉(zhuǎn)向趨勢，在半掛車左右兩側(cè)的車輪都施加制動力以降低車速的方法。因為載荷轉(zhuǎn)移的影響，后者會產(chǎn)生一個較大的反向附加轉(zhuǎn)矩，抵消了防折

6、疊效果。論文中，設(shè)計了一個模糊控制器，它根據(jù)車速和軸側(cè)向飽和程度來確定車輪的ABS制動時間。針對高速緊急制動時出現(xiàn)的折疊現(xiàn)象，本文設(shè)計了自動防折疊裝置。該裝置將在半掛汽車列車因緊急制動而出現(xiàn)折疊趨勢的時候進行干預(yù)，防止半掛車相對于牽引車之間的轉(zhuǎn)角進一步增加。
　　本文在半掛車模態(tài)試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，建立了柔性半掛車車架。傳統(tǒng)的側(cè)向穩(wěn)定控制中基本上都把半掛車作為剛體處理，這與實際有較大的出入。將柔性半掛車用于緊急避障過程中，分析了半掛