面向超限运载的双自动引导车协同转向研究

作     者：白振鉴 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭孔辉

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0838[工学-公安技术] 

主      题：超限货物运载 双车联运系统 车辆等效轮胎 等效单轨车辆 分层路径跟踪 

摘      要：电力、化工、机械等领域存在超长、超宽、超重等超限货物的运载需求。现有运载方式一般为牵引车-挂车、多轴重载单体汽车,其转向灵活度低、避障能力差,运载超限货物通过大曲率弯道时存在通过困难甚至无法通过的问题,超限货物运载亟需更加灵活高效的运载方式。针对上述问题,本文提出面向超限运载的双自动引导车协同运载系统,相比传统超限货物运载方式,双车联运系统具有灵活度高、避障能力强的独特运载优势,可有效改善超限货物大曲率弯道下的通过能力。此外,本文以双层二自由度的动力学建模思想完成对双车联运系统的整体动力学分析,从动力学角度解析双车联运系统的整体运动特征,实现对双车联运系统过弯路径的分层跟踪,提供针对双车联运系统的动力学求解方法。全文的主要研究内容和结果如下:1)双车联运系统设计及过弯能力分析。首先,明确双车联运系统的结构形式,选择拟运载的超限货物及合适的运载车辆;其次,参考公路道路标准和真实弯道数据,确定本文拟研究的大曲率过弯工况;然后,对双车联运系统的过弯能力展开定性分析,包括灵活轴距对双车联运系统的过弯影响、不同运载方式过弯能力对比、双车联运系统避障能力分析。上述分析表明双车联运系统相比传统超限货物运载方式具有灵活度高、避障能力强的独特运载优势。2)双车联运系统等效单轨车辆建模。首先,提出单车等效轮胎思路,将被运载对象对引导车的侧向作用力-引导车质心侧偏角曲线质心侧偏角为0°处的斜率定义为等效轮的侧偏刚度,通过角阶跃试验求解设计工况下的等效轮侧偏刚度;然后,提出双车联运系统等效单轨车辆思路,结合被运载对象及前后运载车参数确定双车联运系统等效单轨车辆的动力学参数,建立双车联运系统的二自由度等效单轨模型。通过单车等效轮胎、双车联运系统等效单轨车辆思路,以双层二自由度的动力学建模思想完成对双车联运系统的整体动力学分析,从动力学角度解析双车联运系统的整体运动特征。3)双车联运系统过弯路径分层跟踪控制。首先,分别获取基于三阶贝塞尔曲线、圆弧-直线的双车联运系统过弯路径,通过对比选择前者作为双车联运系统最终的过弯路径;其次,基于LQR分别设计前轮转向和四轮转向车辆的横向路径跟踪控制器;然后,通过双车联运系统等效单轨车辆和4WS-LQR控制器完成对双车联运系统质心过弯路径的跟踪,结合双车联运系统实际姿态和系统几何约束得到前后车的过弯路径;最后,通过前后运载车和FWS-LQR控制器完成对上层分解得到的前后车过弯路径的跟踪,完成双车联运系统运载超限货物通过大曲率弯道的运载任务。