基于MPC的四轴重型车辆防侧翻控制策略研究

作     者：毛岑 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王建锋

授予年度：2020年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：四轴重型载货车辆 双前桥转向 侧翻动力学模型 参数辨识 差动制动 

摘      要：随着物流运输等行业的急剧发展,相比于普通的两轴车辆,多轴重型载货车辆因为其装载量更大,运输成本更低等优点而越来越被广泛使用。在紧急避障等复杂工况下,因为其质心位置较高、轮距相对质心高度较小等特点,多轴重型载货车辆发生侧翻事故的概率极高,导致侧翻事故也在急剧上升,所造成的生命财产损失更为巨大。因此研究如何提高多轴重型载货车辆的防侧翻能力是一件亟待解决的事情。论文从以下几点进行研究:首先以四轴重型载货车辆为研究对象,基于多轮转向车辆有更好的稳定性和安全性特点,专门建立了双前桥转向的四轴重型载货车辆的三自由度动力学模型,并在Simulink中搭建四轴双前桥转向的数学模型,方便下文通过仿真验证模型的合理性。接着在角阶跃工况下,结合Truck Sim的输入输出数据,采用改进的遗传算法辨识出模型中四轴的侧偏刚度,悬架等效侧倾刚度和等效阻尼系数,并在鱼钩转向和正弦转向等工况下,验证所建模型的正确性。然后在典型工况下,仔细分析双前桥转向形式的四轴重型载货车辆的行驶和结构参数,选取侧倾角为评价指标,研究适用于四轴重型载货车辆的侧翻预警算法,并在不同工况下进行验证。结果表明所建立的四轴重型载货车辆侧翻预警算法能够有效地对行驶过程中可能的侧翻危险事故进行预警。最后选取车辆的横摆角速度和侧向加速度作为系统的控制目标量,基于MPC控制器决策出四轴重型载货车辆稳定所需的附加横摆力矩,采用单侧车轮制动的形式,实现系统的差动制动防侧翻控制。在角阶跃和鱼钩转向工况下,结合Truck Sim和Matlab/Simulink软件对所搭建的系统进行验证。结果表明所建立的四轴重型载货车辆防侧翻控制系统能够有效地控制车辆的侧翻运动,提高四轴重型载货车辆的侧翻稳定性。