基于硬件在环的重型汽车防侧翻预警及主动安全控制研究

作     者：马智喆 

作者单位：石家庄铁道大学 

学位级别：硕士

导师姓名：路永婕

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 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：重型汽车 侧翻预警 滑模变结构控制 模糊PID控制 硬件在环 

摘      要：重型汽车具有载重量大、质心高的特点,这就导致了车辆的侧向稳定性较差,在进行转向时易发生侧滑,甚至侧翻事故。本文选用某东风三轴商用车作为研究对象,针对其在行驶过程中的侧翻失稳问题进行研究。建立了一种能够对重型汽车行驶状态进行实时估计的侧翻预警模型,对车辆潜在的侧翻危险情况进行实时预测,采用两种防侧翻控制策略,对车辆进行主动安全控制,并通过硬件在环实验验证了侧翻预警和防侧翻控制的有效性。本文首先建立了车辆三自由度的动力学模型,结合Kalman滤波算法对车辆的侧倾角和横向载荷转移率(LTR,Lateral Load Transfer Ratio)进行实时估计。以车辆的横向载荷转移率为侧翻指标,设定安全阈值,若估计值达到或超出安全阈值,则会触发防侧翻的预警系统。然后,分别选用滑模变结构控制算法和模糊PID算法搭建控制模型,融入差动制动法,结合ABS制动系统,对存在侧翻危险的车辆进行主动控制。控制模型会根据车辆的不同状态对各个轮胎进行制动力分配,从而产生额外的附加力矩,以此来抵消会导致侧翻的力矩。最后,为了验证所搭建模型,在Truck Sim软件当中搭建所需要的车辆整车多体动力学模型、实验工况以及不同附着系数的路面。在MATLAB/Simulink当中分别搭建车辆的侧翻预警模型、滑模变结构控制模型、模糊PID控制模型,实现了侧翻预警和控制模型之间的闭环联合仿真。结果表明:所搭建的侧翻预警模型能够准确估计出车辆的实时状态,并且在达到侧翻阈值时能够触发控制算法模型,建立的控制算法模型能够对车辆进行有效地控制,从而解除车辆侧翻的危险。为了进一步验证所搭建模型的准确性和适用性,在三轴重型汽车底盘电控综合测试平台上进行硬件在环实验。