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摘 要

半挂汽车列车运输具有运输量大、效率高、成本低的特点，因此，其已在区段运输、甩挂运输和滚装运输领域得到了广泛应用。然而，由于半挂汽车列车的牵引车与半挂车运动耦合，且在运输过程中载质量变化范围较大，因此其横向动力学特性比两轴汽车复杂得多，在不同行驶工况下可能发生折叠、横向摆振等多种横向失稳形式，继而引发交通事故。

本文建立了半挂汽车列车的动力学模型，并建立了半挂车列车的横向稳定性控制系统，上层控制器采用的模糊PID控制半挂车和牵引车的横向角速度偏差，下层采用差动制动控制，制定制动目标车轮规则，输出各个车轮的制动力矩，最后将trucksim和simulink进行联合仿真，验证半挂车列车在双移线工况下的横向稳定性。

关键词：半挂列车汽车；横向动力学特性；行驶稳定性；Trucksim

Research on stability of semitrailer based on trucksim

Abstract

Semitrailer transportation has the characteristics of large transportation volume, high efficiency and low cost. Therefore, it has been widely used in the field of section transportation, drop and pull transportation and RO ro transportation. However, due to the coupled motion of tractor and semi-trailer of semi-trailer car train, and the wide range of load and mass variation during transportation, the lateral dynamic characteristics of semi-trailer car train are much more complex than that of two axle car train. In different driving conditions, various lateral instability forms, such as folding and lateral shimmy, may occur, and then lead to traffic accidents.

In this paper, a dynamic model of a semi-trailer train is established, and the lateral stability control system of a semi-trailer train is established. The upper controller uses fuzzy PID to control the lateral angular velocity deviation of the semi-trailer and the tractor, and the lower layer uses differential braking control. , Formulate braking target wheel rules, output the braking torque of each wheel, and finally carry out joint simulation of trucksim and simulink to verify the lateral stability of the semi-trailer train under the double shifting condition.

Keywords：Semitrailer; Lateral dynamic characteristics; Driving stability; Trucksim

目 录

第一章 绪 论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本文主要研究内容 2

第二章 半挂汽车列车动力学模型的建立 4

2.1 半挂汽车列车的横向稳定性分析 4

2.2 非线性半挂汽车列车TruckSim模型的建立 4

2.2.1牵引车与半挂车的整车外形 5

2.2.2轮胎系统 6

2.2.3悬架系统 7

2.2.4转向系统 8

2.2.5动力传动系统 9

2.2.6制动系统 10

2.3线性四自由度六轴半挂汽车列车参考模型的建立 11

2.4线性四自由度六轴半挂汽车列车参考模型的验证 14

2.4.1双移线工况 14

第三章 半挂汽车列车的横向稳定性控制策略 15

3.1 横向稳定性控制系统的总体结构 15

3.1.1稳定性控制变量的确定 15

3.1.2目标制动车轮规则的制定 16

3.2上层控制器的设计 16

3.2.1控制算法的确定 16

3.2.2模糊PID控制的建立 17

3.3下层控制器的设计 17

3.3.1制动力矩的确定 18

3.3.2目标制动车轮规则的制定 18

第四章 半挂汽车列车的横向稳定性控制仿真试验 20

4.1 TruckSim与Matlab/Simulink联合仿真模型的建立 20

4.2双移线工况 21

致 谢 24

参考文献 26

第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

近二十多年来,我国对道路、桥梁等基础设施加快了步伐，以适应我国汽车行业的高速发展。随着汽车产业的蓬勃发展,其中商用车在2015年内的销售总量几乎是2005年销售总量的两倍。2008年,全球进入到了金融危机期间,目的是为了国内经济的复苏,刺激消费从而拉动国内需求,我国投入资金4万亿元,为了能够促进基础设施建设、汽车行业不断的发展、新兴的物流行业也不断的蓬勃发展等十大产业,从2009年至2010年这一年期间,汽车市场发展尤为的迅速,车辆的销售总量在极速发展，其中汽车占销售总量的46%和商用车占销售总量的30%，增长的速度也达到一种恐怖的高度。但是,因为道路运输条件的有效改善,这也就使得了半挂车的运输速度和效率得到了显著的提高。然而因此半挂车而引发的道路事故也变得越来越多,这正是由于挂车本身具有的特点,下雨天由于下雨的原因，地面的积水较多，导致车轮与地面摩擦力会变小，这从而导致道路上的车辆超车、换道、转弯以及制动时,轮胎会发生抱死现象,尤其是在突然制动或加速转向锁止时,超车、跟踪、避障等现象在行驶过程中常有发生。2009年美国重型货车就有3215辆重型货车发生重大交通事故的情况,其中汽车列车的占比为73%。由于我国对汽车主动安全研究还较少,起步较晚,相应的精密设备和成熟的技术没有得到充分支持。在2005年期间,我国共计发生了有8374起车祸和事故,其中8.1%是货运汽车的道路交通事故,这些年的交通事故造成了数千人的死亡和残废，占交通事故总人数的13.0%。

由于半挂车与普通轿车相比,其车身较大、结构复杂,若用实体车辆进行试验,这项实验测试不仅对测试道路环境要求很严格,而且实验的实施也非常的具有难度、具有很高的危险性,而且这项实验的投入需要大量的资金,研发成本高,回本周期长。本章通过了仿真软件对半挂车进行了建模并进行仿真分析,设计参数进行设计模拟,根据不同的环境工况下,进行不同的仿真模拟实验,这种方法成本较低,研究速度很快。而且仿真试验可以缩短研发所需的时间,降低研发过程中需要的大量的时间,试验的可操作性也很强,可以很好的控制试验的变量,进行高效的实验模拟分析。正是仿真模拟分析具有这些独特的优势,利用计算机仿真软件对试验中低系数道路半挂车的横向稳定性进行模拟仿真分析,这项实验对研发的推动就有里程碑的意义。

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