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                    建立客車側翻控制預警系統預防客車側翻

                    添加時間:2020/04/16 來源:長安大學 作者:劉孟
                    本文主要研究客車的動態側翻,建立客車側翻模型,通過在 Matlab/Simulink 中仿真,結果表明所建立的側翻預警 算法和防側翻 控制系統能有效預測汽車行駛姿態和防止汽車發生側翻。
                    以下為本篇論文正文:

                    摘要

                      近年來,隨著公路旅客運輸量的快速增長,汽車側翻事故也在不斷增加,造成了嚴重的人員傷亡與巨大的經濟損失。在汽車事故中,側翻事故的危害程度高,受到越來越多的關注?蛙囉捎谳d客量大、質心高、質量大等特點,比其他汽車更容易發生側翻。研究如何提高汽車行駛穩定性,減少側翻事故的發生,已成為當前研究的熱點。本文主要的研究內容如下:

                     。1)以客車為研究對象,建立三自由度側翻模型,在 Simulink 環境下搭建的三自由度車輛動力學模型,與 Trucksim 中模型對比。

                     。2)從理論方面分析了影響了客車行駛穩定性的因素,提出了能更準確描述汽車穩定性的評價指標:動態穩定性系數。分析了影響動態穩定性系數的汽車結構參數和操縱參數。

                     。3)選取橫向載荷轉移率作為汽車側翻的判別指標,建立基于側傾角估計的側翻預警算法并提出基于TTR預警的差動制動防側翻控制。利用Matlab/Simulink與Trucksim軟件對基于 TTR 預警的差動制動防側翻控制進行聯合仿真分析。

                      關鍵詞:客車,側翻穩定性,TTR 預警,差動制動,模糊 PID 控制

                    Abstract

                      In recent years, with the rapid growth of highway passenger traffic, the vehicle rollover accident is also increasing, resulting in serious casualties and huge economic losses.In the car accident, rollover accident harm degree is high, has attracted more and more attention.Due to the large passenger capacity, high center of mass, mass and other characteristics, more prone to rollover than other cars.It has become a hot topic to study how to improve the stability and reduce the occurrence of rollover accidents.The main contents of this paper are as follows:

                     。1)Taking the bus as the research object, the three degree of freedom rollover model is established, and the dynamic model of the vehicle with three degrees of freedom is built in the Simulink environment, which is compared with the Trucksim model.

                     。2)This paper analyzes the factors that affect the stability of the passenger car, and puts forward the evaluation index which can describe the stability of the vehicle more accurately.Analysis of the impact of the structural parameters of a vehicle dynamic stability coefficient and control parameters(3)The lateral load transfer rate is chosen as the index of vehicle rollover.The rollover warning algorithm based on side slope estimation is established, and the differential braking anti rollover control based on TTR is proposed.Using Matlab/Simulink and Trucksim software to simulate and analyze the differential braking anti rollover control based on TTR.

                      Key words:Passenger car,Rollover stability,TTR warning,Differential braking,Fuzzy PID control

                      高速網絡的不斷完善也帶動了公路客運量和旅游業的快速增長。旅游業的飛快進步,使越來也多的客車投入使用。在我國轎車人均占有率還比較低的情況下,客車以其獨特的方便性和靈活性在人們的出行中占有重要的角色。

                      旅客運輸量的快速增長使越來越多的營運客車不斷投入使用,同時,帶動中國客車制造業的快速發展,2014 年中國客車產量達 158.63 萬輛,在全球客車市場上的份額為40%以上,中國客車產量已居世界第一[1]。中國客車產業在市場上的競爭能力明顯提高。

                      隨著客車數量的快速增加,在客車上發生的交通事故也引起了人們對客車安全性的關注?蛙囉捎谄滟|量大、重心高等特點,發生側翻的危險比乘用車更高,而客車載客量大,一旦發生側翻,其對人們的生命安全造成更大的威脅和更大的社會影響[2]。根據對交通事故的統計,發現客車側翻事故對百姓的生命安全造成更大的危害。根據美國對交通事故的數據統計,2012 年美國發生的交通事故有 561.5 萬次,客車側翻事故在總交通事故的比例為 1.5%左右,但其造成的傷亡數占總傷亡數的比例為 20.3%,由此可見,客車側翻事故對人員的生命安全構成了很大的危害[3]?蛙噦确鹿实陌l生,對乘客造成了嚴重的傷害,同時,在社會上引起了極壞的影響,由此可見,對客車側翻預警和防側翻的研究是非常有必要的。

                      客車側翻事故的發生受到多方面的因素影響,根據研究表明,40%左右的側翻事故是可以避免的,例如:駕駛員疲勞駕駛、駕駛員精力不集中或者是雨雪天氣等這些因素造成的側翻事故是可以避免的。為了盡量減少這 40%事故的發生以保障乘客的安全,開發側翻預警和防側翻系統顯得尤為必要。

                      目前國內外很多研究機構對側翻的研究重點放在研究靜態側翻方面,對動態側翻的研究相對較少[4]。汽車在高速行駛或者極限工況下發生的側翻比較普遍。汽車動態行駛時發生的側翻可以分為兩類:一類是絆倒型側翻,因碰到路緣或者障礙物而導致汽車發生的側翻,汽車發生此類側翻的過程比較難以用數學模型表示,目前對汽車在運動過程中遇到障礙物而發生側翻的研究不是很深入;另一類側翻是非絆倒型側翻,汽車在高速行駛或者極限工況行駛時,車輛的行駛狀態參數超過門限值而使汽車發生側翻[5]。

                      傳統的汽車側翻 預警算法以側傾角等作為判別車輛側翻的指標。此種方法簡單,但是不能預測未來一段時間汽車是否發生側翻。目前,大部分汽車側翻 預警系統以橫向載荷轉移率作為判別車輛側翻的門限值,來進行汽車的側翻 預警。車輛側翻預警系統的原理是:利用傳感器獲取車輛行駛狀態參數(側傾角、行駛車度等),傳感器獲取的數據經過 A/D 轉換和 Kalman 濾波后傳遞給控制器芯片,側翻預警 算法實時計算橫向載荷轉移率的值,一旦超過汽車設定的門限值就進行報警[6]。以橫向載荷轉移率(LTR)作為判別指標,能準確的對汽車即將發生的側翻進行預警,避免汽車發生側翻。

                    建立客車側翻控制預警系統預防客車側翻:

                    TTR 側翻預警示意圖
                    TTR 側翻預警示意圖

                    客車方向盤轉角輸入
                    客車方向盤轉角輸入

                    客車橫向載荷轉移率
                    客車橫向載荷轉移率

                    客車 TTR 側翻預警值
                    客車 TTR 側翻預警值

                    各車輛制動力與抗橫擺力矩的關系曲線
                    各車輛制動力與抗橫擺力矩的關系曲線

                    目錄

                      第一章緒論
                        1.1 研究的背景及意義
                        1.2 汽車側翻預警研究現狀
                          1.2.1 國外研究發展狀況
                          1.2.2 國內研究發展狀況
                          1.2.3 汽車側翻預警研究的發展方向
                        1.3 汽車防側翻控制研究現狀
                          1.3.1 主動防側翻研究
                        1.4 本文研究的主要內容
                      第二章客車側翻動力學模型的構建及驗證
                        2.1 客車側翻模型
                          2.1.1 客車三自由度側翻模型
                          2.1.2 輪胎側向力模型
                          2.1.3 客車側翻系統微分方程
                          2.1.4 客車側翻系統狀態方程
                        2.2 客車側翻模型的仿真驗證
                          2.2.1 雙移線工況仿真驗證
                          2.2.2 魚鉤轉向工況仿真驗證
                        2.3 本章小結
                      第三章客車側翻穩定性影響因素分析
                        3.1 汽車側翻的產生
                        3.2 汽車側翻的試驗工況
                        3.3 汽車側翻穩定性分析
                          3.3.1 汽車側翻穩態響應
                          3.3.2 汽車側翻平衡穩定性
                          3.3.3 汽車側翻動態穩定性系數
                          3.4.4 魚鉤(Fishhook)仿真試驗工況
                          3.4.5 雙移線(Double Lane Change)仿真試驗工況
                        3.4 本章小結
                      第四章客車側翻預警系統研究及仿真分析
                        4.1 汽車側翻指標
                          4.1.1 橫向載荷轉移率(LTR)
                          4.1.2 側翻預警時間(TTR
                          4.1.3 基于 TTR 的側翻預警算法
                          4.1.4 客車側翻預警算法仿真分析
                          4.1.5 預警算法的超實時性
                        4.2 最大側翻預警時間的影響參數分析
                        4.3 本章小結
                      第五章基于 TTR 預警的客車防側翻控制系統及仿真分析
                        5.1 差動制動防側翻控制系統
                          5.1.1 差動制動防側翻原理
                          5.1.2 差動制動制動力分配
                        5.2 PID 控制
                          5.2.1 PID 控制原理
                          5.2.2 PID 控制的局限性
                        5.3 模糊 PID 控制
                          5.3.1 模糊 PID 控制原理
                          5.3.2 模糊 PID 參數整定原則
                          5.3.3 模糊 PID 控制器的設計
                        5.4 基于預警的模糊 PD 控制算法
                        5.5 客車防側翻控制仿真分析
                          5.5.1 魚鉤試驗工況仿真分析
                          5.5.2 雙移線試驗工況仿真分析
                        5.6 本章小結
                      第六章總結與展望
                        6.1 全文總結
                        6.2 研究展望
                      參考文獻
                      致謝

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