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《吉林大学》 2015年
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基于商用车电子制动系统的客车防侧翻控制策略研究

温占宇  
【摘要】:伴随着我国经济实力的不断提升,国家对于基础设施建设的重视力度不断加大。高速公路网络日趋完善,公路客车性能不断提升,越来越多的国民选择公路客运出行。但与此同时,高速公路上越来越多的车辆使得道路安全形势越发紧张。由于车辆事故造成的伤亡人数逐年上升。公路客车由于受到其功能要求的限制,设计上难以规避较高的质心和相对较大的高宽比。加之公路客车的载客量大,更加容易发生车辆事故,尤其是侧翻事故,最终危害普通市民生命、财产的安全。因此,针对公路客车设计有针对性的客车防侧翻控制策略是十分必要的。在车辆运行时,实时监测车辆运行参数和驾驶员的操作意图,提前预测客车侧翻发生的可能性,在必要的时候,主动干预车辆制动系统进行差动制动,可以有效降低公路客车发生侧翻的可能性。本文依托国家自然科学基金项目“基于模型预测的重型半挂车动力学稳定性多目标控制研究”(编号:51075176)和吉林省科技厅重点科技攻关项目“重型车辆电控气压制动系统开发与匹配”(编号:20150204066GX)。首先,本文为准确模拟研究对象,对某公路客车进行动力学建模。其次,在对比分析国内外研究现状的基础上,提出了基于动态横向载荷转移率门限值的客车防侧翻控制策略。为表征稳态情况下车辆运行参数,进行了公路客车三自由度侧翻模型的搭建与验证。最后,参考国外先进的客车制动技术与国内目前的发展动向,选择电子制动系统作为硬件实验平台,搭建了客车电子制动系统实验台。并对控制策略进行了硬件在环实验验证。本文主要工作如下:(1)针对本文研究的某公路客车进行了影响其侧翻稳定性因素的相关参数的分析。为探讨影响汽车侧翻的操纵性因素,应用TruckSim软件,分别通过双移线实验工况和鱼钩实验工况的仿真实验,分析得到影响公路客车侧翻稳定性的操纵性因素——车速和方向盘最大转角。并通过严格设计的仿真实验,测算在不施加外部控制的情况下,客车发生侧翻的临界车速和方向盘最大转角。(2)为了得到车辆稳态情况下的行驶参数,作为后续控制策略的参考参数。应用Matlab/Simulink商业软件搭建了车辆侧翻三自由度参考模型。为了进一步提高模型精度,应用TruckSim商业软件对不同车速、不同方向盘转角情况下的某公路客车稳态情况侧倾刚度进行了参数辨识。并通过与TruckSim商业软件在车辆稳态情况下的实验曲线进行对比,验证了三自由度模型的准确性。(3)针对客车防侧翻控制目标,提出基于动态横向载荷转移率(LTR)的公路客车防侧翻控制策略。该策略依托前期仿真实验的结果,设计基于不同车速和方向盘转角的动态LTR门限值公路客车防侧翻控制策略。按照差动制动防侧翻的控制思路。该控制策略根据车辆实际运行数据与理论运行数据的差值,结合设计的控制算法,求解维持车辆稳定的补偿力矩。并通过对不同车轮施加制动力实现补偿力矩的建立,以此防止因驾驶员操作失误或路面状况突变等因素导致的侧倾角过大以至侧翻的情况的发生。为验证控制程序的有效性,应用TruckSim与Simulink联合仿真,对客车常见的侧翻工况进行了仿真验证。实验结果表明,控制程序可以有效防止侧翻事故的发生。(4)为进一步验证控制策略在实际应用中的表现,进行了防侧翻控制策略的硬件在环实验验证。设计了公路客车防侧翻控制器,编写了基于车辆嵌入式系统的客车防侧翻控制程序,并搭建了基于商用车电子制动系统平台的硬件在环实验台,对控制策略进行了硬件在环实验验证。实验结果表明,在更接近实车的条件下,控制策略依然保证了客车的侧翻稳定性。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:U463.5

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