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双杆液压式汽车列车主动式转向控制方法研究

双杆液压式汽车列车主动式转向控制方法研究

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作者：于彪重庆交通大学

学位级别：硕士

二十一世纪以来经济的快速发展和运输条件的提高,尤其是高速公路网络的趋于完善,汽车运输正面向大型化、重型化发展。全挂汽车列车具备多拉快跑,制造成本低和利用率高,以其独有的优势在公路运输中占据相当大比例。但目前全挂车列车都是... 详细信息

二十一世纪以来经济的快速发展和运输条件的提高,尤其是高速公路网络的趋于完善,汽车运输正面向大型化、重型化发展。全挂汽车列车具备多拉快跑,制造成本低和利用率高,以其独有的优势在公路运输中占据相当大比例。但目前全挂车列车都是依靠牵引车控制运动和转向,挂车被动的跟随,在行驶过程中出现偏移距较大、车辙轨迹重合性差、通道的宽度大等问题。本文基于全挂汽车列车转向理论,提出双杆液压式全挂汽车列车实现主动式转向的控制方案。以牵引装置的核心构件为研究对象,以提高汽车列车机动性为最终目的,实现挂车运动轨迹的良好跟随,减小行驶通道宽度,提高转向机动性和稳定性。该方案有以下创新点:一是牵引车和挂车之间的连接方式,本课题突破铰链式和单牵引杆式,提出双杆伸缩液压式的连接装置;二是改变列车的转向理念,本课题应用智能控制理论实现挂车的转向有被动式向主动式的转变。本文探究的对象双杆液压式全挂汽车列车,因为车速不高,转向强度小,轮胎的侧向偏移基本上被忽略,用阿克曼转向原理分析转向性,推导出牵引车转向驱动轮转向角与牵引车和挂车两者之间的液压双杆连接装置的角度关系。在牵引车与挂车两者之间创建局域通信系统,将牵引车的运动数据参数尤其是转向角和位移状态,用通信网络传输到挂车控制器中,即由牵引车的速度、转角和位移数据实现车辙重现,用获得的数据控制挂车,挂车依据牵引车的运动参数主动的调节液压连接装置中双杆的伸长或缩短,以此达到挂车主动式的转向,实现挂车对牵引车的跟随,改善全挂车列车的转向特性。选用ADAMS软件创建双杆液压式全挂车列车的虚拟样机模型,并且定义机械系统的输入、输出状态变量。在MATLAB软件中设计控制系统,利用MATLAB和ADAMS软件对构建的虚拟样机进行联合仿真,分别得到全挂车列车在90度掉头转向和180度掉头转向的情况下,牵引车和挂车车厢质点的轨迹曲线。在控制的过程中采用常用的自适应模糊PID算法,获得最佳的控制效果。仿真结果表明双杆液压式全挂车列车比普通列车具有更好的轨迹跟随性,增强了行驶机动性。利用相似原理,设计制作同等缩小比例双杆液压式列车模型,进行硬件电路设计和程序的编写,直观的观测汽车列车的运动状态,将仿真结果和比例模型实验结果对比,验证了双杆液压式汽车列车设计方案可行性,为今后汽车列车的发展和研究提供理论依据。

关键词：全挂车列车双杆液压式主动式转向轨迹跟随模糊PID控制

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