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基于侧倾能量分级的平衡重式叉车防侧翻控制研究

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机械工程学报 2023年第10期59卷 275-289页

作者：夏光李嘉诚唐希雯张洋陈无畏合肥工业大学汽车工程技术研究院合肥230009 合肥工业大学汽车与交通工程学院合肥230009 国防科技大学电子对抗学院合肥230037

针对传统车辆稳定指标LTR等难以准确判断平衡重式叉车稳定性状态的问题,提出适用于平衡重式叉车的侧倾能量稳定性指标;在分析平衡重式叉车结构、车身与后桥接触关系的基础上,建立后桥与车身接触和未接触的两阶段动力学模型,推导出叉车... 详细信息

针对传统车辆稳定指标LTR等难以准确判断平衡重式叉车稳定性状态的问题,提出适用于平衡重式叉车的侧倾能量稳定性指标;在分析平衡重式叉车结构、车身与后桥接触关系的基础上,建立后桥与车身接触和未接触的两阶段动力学模型,推导出叉车侧翻过程中不同状态下的实时侧倾能量。提出基于侧倾能量分级的平衡重式叉车防侧翻控制策略,根据不同的稳定性状态下选取对应的侧倾能量稳定性指标计算公式,进行侧倾能量分级,采用防侧翻油缸和后轮主动转向作为防侧翻控制执行机构,并基于模型预测控制进行防侧翻控制。最后进行基于欧洲标准工况仿真与实车试验验证,结果表明基于侧倾能量分级的平衡重式叉车防侧翻控制策略可以有效降低叉车侧翻危险,提高平衡重式叉车的稳定性和主动安全。

关键词：平衡重式叉车侧翻稳定性侧倾能量分级模型预测控制防侧翻控制

高地隙四轮独立驱动喷雾机路径跟踪与防侧翻控制

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江苏大学学报（自然科学版） 2023年第6期44卷 657-664页

作者：刘国海张贺张多沈跃王子杰江苏大学电气信息工程学院江苏镇江212013

基于喷雾机的运动学模型分别构建了路径跟踪控制以及防侧翻控制.上层采用的模型预测控制(MPC)根据喷雾机的当前状态以及期望路径来输出喷雾机的期望转向角以及车速,实现轨迹跟踪控制.下层控制器通过引入横向荷载转移率(LTR)作为衡量侧... 详细信息

基于喷雾机的运动学模型分别构建了路径跟踪控制以及防侧翻控制.上层采用的模型预测控制(MPC)根据喷雾机的当前状态以及期望路径来输出喷雾机的期望转向角以及车速,实现轨迹跟踪控制.下层控制器通过引入横向荷载转移率(LTR)作为衡量侧倾的指标来判断车辆状态是否产生侧倾,通过引入模糊控制器来对转向角进行补偿,进而控制LTR稳定在某一阈值,使喷雾机在轨迹跟踪的过程中既具有较好的控制精度又具有较好的行驶稳定性,保证喷雾机不发生侧倾.通过ADAMS/MATLAB的联合仿真结果表明:在复杂的道路条件下喷雾机采用防侧翻控制时,LTR可以控制在0.5以内,并且具有较高的轨迹跟踪精度,安全性得到了提高.

关键词：高地隙喷雾机四轮独立驱动路径跟踪模型预测控制防侧翻控制

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半挂式液罐车动力学特性及防侧翻控制研究

半挂式液罐车动力学特性及防侧翻控制研究

作者：王雨婷南京林业大学

学位级别：硕士

半挂式液罐车在液体货物运输中扮演着重要的角色,由于罐内液体货物在外界激励下会产生晃动,与装载固体货物的半挂汽车列车相比,半挂式液罐车更容易发生侧翻等不稳定现象。为了提高半挂式液罐车的防侧翻能力,本文以六轴半挂式液罐车为研... 详细信息

半挂式液罐车在液体货物运输中扮演着重要的角色,由于罐内液体货物在外界激励下会产生晃动,与装载固体货物的半挂汽车列车相比,半挂式液罐车更容易发生侧翻等不稳定现象。为了提高半挂式液罐车的防侧翻能力,本文以六轴半挂式液罐车为研究对象,采用理论建模和仿真分析相结合的方式,开展了罐内液体动力学特性、半挂式液罐车动力学特性,以及半挂式液罐车防侧翻控制等问题的研究。论文的主要研究内容及结论如下:(1)罐内液体动力学特性研究。建立了罐内液体的Fluent数值模型,研究了外界激励下罐内液体的晃动规律以及不同充液比和不同侧向加速度对罐内液体晃动的影响;选用等效椭圆摆模型描述罐内液体的晃动特性,确定了等效椭圆摆模型作用于罐体的侧向冲击力和冲击力矩表达式;通过Fluent软件仿真罐内液体的侧向冲击力和力矩,检验了等效椭圆摆模型的可靠性并确定了模型的相关参数。研究表明,在固定的侧向激励作用下,罐内液体产生的侧向冲击力由钟摆模型产生的冲击力(即晃动力)和静止液体产生的冲击力(即惯性力)两部分组成,侧向冲击力和力矩变化规律一致,液体晃动规律近似呈简谐运动;液体的侧向晃动力随充液比的增大而减小,随侧向加速度的增大而成比例增大;液体的惯性力随充液比或侧向加速度的增大而增大;所建立的等效椭圆摆模型能够合理描述液罐车内的液体晃动,并可用于后续半挂式液罐车的线性动力学模型构建。(2)半挂式液罐车动力学特性研究。建立了半挂式液罐车的线性动力学模型和基于Truck Sim与Simulink的联合仿真模型,在单移线和双移线工况下研究了液体晃动对车辆横向稳定性的影响,并利用半挂式液罐车的联合仿真模型检验了线性动力学模型的精度。研究结果表明,半挂式液罐车的动力学响应量中受液体晃动影响较大的响应量是车辆的质心侧偏角和侧倾角,相比于装载同等质量固体货物的半挂汽车列车,半挂式液罐车在双移线工况下更容易发生侧翻;半挂式液罐车的线性动力学模型精度满足要求,可以用于后续半挂式液罐车的防侧翻控制研究。(3)半挂式液罐车防侧翻控制研究。首先开展了半挂式液罐车的侧翻预警研究,推导了半挂式液罐车的侧翻指标,通过仿真测试确定了侧翻阈值,提出了基于侧翻预警时间(Time to Rollover,TTR)的侧翻预警算法,并通过仿真测试检验了侧翻预警系统超前预测车辆侧翻风险的功能;其次,提出了防侧翻控制策略,设计了基于线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator,LQR)的附加横摆力矩控制器和基于差动制动思想的制动力矩分配器;最后基于半挂式液罐车的联合仿真平台验证了所提出的防侧翻控制策略和设计的控制器的有效性。研究表明,所设计的侧翻预警系统能够实现超前预测车辆侧翻风险的功能,所提出的防侧翻控制策略和设计的控制器在双移线工况下,能够有效提高车辆的行驶稳定性,在30 km/h的鱼钩工况下,也能有效防止半挂式液罐车侧翻。本研究探讨了半挂式液罐车罐内液体的晃动规律和影响因素,为罐内液体的晃动抑制提供了理论参照,所提出的防侧翻控制策略和设计的控制器对提高半挂式液罐车的变道或超车行驶安全性具有重要的指导意义。

关键词：半挂式液罐车液体晃动横向稳定性防侧翻控制差动制动

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基于能量法的分布式驱动电动汽车防侧翻控制

机械工程学报 2019年第22期55卷 183-192页

作者：祁炳楠王胜张思龙任晨辉张利鹏燕山大电气1程院秦皇岛066004 燕山大学河北省特种运载装备重点实验室秦皇岛066004 北京航空航天大学i科与工程院北京100191

分布式驱动电动汽车具有优越的侧倾稳定性控制功能,但基于横向载荷转移率评价进行控制并不能充分发挥其技术优势。为提升该类车型恶劣工况下的防侧翻控制能力,针对当前侧翻评价指标的不足,开展基于能量转化评价的稳定性控制研究。针对... 详细信息

分布式驱动电动汽车具有优越的侧倾稳定性控制功能,但基于横向载荷转移率评价进行控制并不能充分发挥其技术优势。为提升该类车型恶劣工况下的防侧翻控制能力,针对当前侧翻评价指标的不足,开展基于能量转化评价的稳定性控制研究。针对该类车型的结构特点,建立车辆系统坐标系,借助欧拉旋转角法推导了整车在侧翻运动过程中动能、势能和耗散能的表达方程;通过计算车辆失稳能量阈值与车辆实时失稳能量,提出综合多因素的车辆稳定性评价指标;基于侧翻动力学模型设计出防侧翻滑模控制器;通过在分布式驱动系统力矩阈值范围内开展基于驱动轮力矩分配的差动驱动,实现了整车的防侧翻控制。研究表明,基于能量法制定的空间失稳评价指标相较于横向载荷转移率而言,更能准确、灵敏地反映整车侧倾运动状态的变化趋势,基于其设计的防侧翻控制方法通过主动分配两侧驱动力矩,削弱了相关能量转化,有效抑制了整车侧倾运动,显著提高了侧倾稳定性。

关键词：电动汽车分布式驱动能量转化侧倾稳定性防侧翻控制

基于零力矩点位置和模糊控制的商用车防侧翻控制

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汽车工程 2017年第9期39卷 1062-1067页

作者：靳立强石冠男于雅静王博文吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室长春130022

为了防止车辆发生侧翻,引入零力矩点的位置作为车辆侧翻的指标。根据某一时刻车辆的状态,预测下一段时间内零力矩点的y坐标,来计算该时刻的侧翻时间。一旦某时刻的侧翻时间小于设定的门限值,则激活车辆防侧翻控制策略,对车辆进行控制,... 详细信息

为了防止车辆发生侧翻,引入零力矩点的位置作为车辆侧翻的指标。根据某一时刻车辆的状态,预测下一段时间内零力矩点的y坐标,来计算该时刻的侧翻时间。一旦某时刻的侧翻时间小于设定的门限值,则激活车辆防侧翻控制策略,对车辆进行控制,防止车辆发生侧翻。本文中采用基于模糊控制的PID控制策略,对不同的车轮施加不同制动力矩,防止车辆发生侧翻。通过Truck Sim和Matlab/Simulink联合仿真,对算法进行验证,对采取模糊控制差动制动策略、传统的PID策略和无侧翻控制策略的车辆,分别进行阶跃试验和鱼钩试验,测取采取不同控制策略车辆的实时侧倾角。对比结果表明,采用模糊差动制动控制策略的车辆,防侧翻性能最好。

关键词：防侧翻控制零力矩点侧翻时间模糊PID控制差动制动

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基于非线性扰动估计的客车防侧翻控制

汽车工程 2020年第9期42卷 1224-1231,1239页

作者：石求军李静吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室长春130022

针对客车防侧翻控制中,实际车辆系统建模容易受到各种未知非线性扰动及参数摄动,难以建立精确的车辆模型,标准滑模控制(sliding mode control,SMC)存在较大抖振等问题,本文中提出径向基神经网络自适应滑模控制(radial basis function-ad... 详细信息

针对客车防侧翻控制中,实际车辆系统建模容易受到各种未知非线性扰动及参数摄动,难以建立精确的车辆模型,标准滑模控制(sliding mode control,SMC)存在较大抖振等问题,本文中提出径向基神经网络自适应滑模控制(radial basis function-adaptive sliding mode control,RBF-ADSMC)算法。首先,利用RBF神经网络控制器对车辆建模过程中的各种未知扰动项及参数摄动项进行估计;然后,利用RBF神经网络对标准SMC的关键参数进行自适应调节;最后,搭建电控气压硬件在环试验台,对控制算法进行硬件在环试验验证。试验结果表明,RBF-ADSMC算法控制效果良好,能够满足客车防侧翻控制需求。RBF-ADSMC算法与SMC算法相比较,能够减小客车的侧倾角和侧向加速度,提高客车的防侧翻控制效果。

关键词：车辆工程防侧翻控制自适应 RBF神经网络滑模控制

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半挂式液罐车防侧翻控制策略开发

汽车工程 2019年第1期41卷 50-56页

作者：赵伟强凌锦鹏宗长富吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室长春130022

针对罐内液体晃动与车辆运动之间的耦合作用导致半挂式液罐车侧倾稳定性低,易发生侧翻等问题,本文中提出了半挂式液罐车的防侧翻控制策略。采用等效单摆模型模拟罐内液体晃动的动态过程,并进行参数辨识,进而建立了半挂式液罐车整车动力... 详细信息

针对罐内液体晃动与车辆运动之间的耦合作用导致半挂式液罐车侧倾稳定性低,易发生侧翻等问题,本文中提出了半挂式液罐车的防侧翻控制策略。采用等效单摆模型模拟罐内液体晃动的动态过程,并进行参数辨识,进而建立了半挂式液罐车整车动力学仿真模型。基于半挂式液罐车6自由度线性简化模型设计了LQR防侧翻状态反馈控制器,并通过差动制动产生附加横摆力矩。利用所建立的半挂式液罐车仿真模型进行仿真,对比了有、无控制的转向盘转角阶跃工况状态响应。结果表明,所建控制策略可有效防止半挂式液罐车侧翻。

关键词：半挂式液罐车防侧翻控制差动制动液体晃动等效单摆模型

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汽车多增益融合线控转向传动比及防侧翻控制

机械工程学报 2020年第10期56卷 172-180页

作者：金智林梁为何赵万忠南京航空航天大学车辆工程系南京210016 重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室重庆400054

转向传动比是汽车操纵稳定性及主动安全性的重要影响因素,理想转向传动比忽略转向执行机构影响,仅考虑汽车单一运动稳定性,难以实现汽车主动转向防侧翻实际要求。考虑线控转向执行机构动力学特性,提出融合汽车横摆、横向及侧倾运动增益... 详细信息

转向传动比是汽车操纵稳定性及主动安全性的重要影响因素,理想转向传动比忽略转向执行机构影响,仅考虑汽车单一运动稳定性,难以实现汽车主动转向防侧翻实际要求。考虑线控转向执行机构动力学特性,提出融合汽车横摆、横向及侧倾运动增益的线控转向传动比,设计多增益融合转向传动比的主动转向防侧翻控制策略。建立线控转向系统模型,分析线控转向系统动力学特性;由汽车系统动力学理论求解横摆运动、横向运动及侧倾运动的转向传动比增益,采用遗传算法进行不同工况的转向传动比优化,获得多增益融合线控转向传动比;根据典型工况汽车稳定性分析规律,设计多增益融合线控转向传动比的汽车主动转向防侧翻控制策略。实例仿真结果表明,多增益融合线控转向传动比能同时改善车辆低速转向灵活性和高速转向稳定性,设计的控制策略在绊倒型及非绊倒型工况均能够有效地防止汽车侧翻,减少控制器对驾驶员转向意图的干预。

关键词：线控转向多增益融合转向传动比防侧翻控制绊倒型侧翻汽车主动安全

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基于等效晃动模型的液罐车防侧翻控制策略

吉林大学学报（工学版） 2018年第1期48卷 30-35页

作者：赵伟强封冉宗长富吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室长春130022

为提高公路液罐车行驶稳定性,减少由其侧翻引起的事故,将液罐内液体货物的晃动等效为单摆运动,结合3自由度车辆模型建立了液罐车等效晃动动力学模型,并提出了基于差动制动的液罐车防侧翻控制策略。通过Trucksim/Simulink联合仿真,比较... 详细信息

为提高公路液罐车行驶稳定性,减少由其侧翻引起的事故,将液罐内液体货物的晃动等效为单摆运动,结合3自由度车辆模型建立了液罐车等效晃动动力学模型,并提出了基于差动制动的液罐车防侧翻控制策略。通过Trucksim/Simulink联合仿真,比较了不同车速、阶跃工况下,装载等质量的液体货物与固体货物的液罐车的状态变量数值大小,由此证明液体晃动对车辆运动的影响;比较了液罐车在阶跃工况与鱼钩工况下有、无主动控制情况时的状态变量值,证明了本文防侧翻控制策略的有效性。

关键词：车辆工程液罐车等效晃动模型液体冲击防侧翻控制