半挂汽车列车横摆动力学仿真及控制策略研究

【摘要】：汽车列车是经济、方便、快捷的运输工具。汽车列车高速行驶时的横向振子运动是汽车列车行驶稳定性及主动安全性的重要内容。为了深入研究汽车列车横向摆振产生机理,本文应用车辆动力学原理,对列车系统进行了动力学和运动学分析,建立了汽车列车横向稳定性数学模型,进而探索了汽车列车使用参数和结构参数对其行驶稳定性的影响,并进行了参数优化分析。 结合横向摆振实际问题的特点和要求,本文提出了采用半主动控制来改善横向稳定性的控制策略。该控制方式具有易于实现、便于操作的特点。通过计算机仿真,证明了该方法能够快速、有效地衰减横摆振幅,并使之快速趋于稳态。 运输重载化、列车化在提高经济效益的同时,也对机动性提出了更高要求。本文在分析国内外对汽车列车轨迹跟踪问题研究成果的同时,对汽车列车倒车轨迹跟踪控制策略进行了研究,建立了汽车列车运动的非线性模型,并通过坐标变换使之线性化;构建了汽车列车轨迹跟踪控制器,并对汽车列车轨迹跟踪控制策略进行仿真验证。 本文采用模型试验与计算机仿真相结合的办法,验证了数学模型的模型行为和试验行为具有很好的一致性。本文采用RS-485 串行通讯实现对电机的变频调速,从而模拟实际车况下的各种车速变化,以遥控操作完成模拟路面上的“蛇行”工况和“惰行”工况试验。并进行了模型车在不同车速、不同结构参数和使用参数下的一系列模拟试验,阐明了产生横向摆振的原因和规律,以期为汽车列车的设计和使用提供有益的参考。