雙桿式全掛汽車列車的主動轉(zhuǎn)向控制研究.pdf

1、近年來,隨著各國公路網(wǎng)絡(luò)的不斷完善和汽車工業(yè)的不斷發(fā)展,依托于這兩者發(fā)展的公路運輸行業(yè)也得到了迅速擴(kuò)張。汽車列車運輸由于其承載能力強(qiáng)、質(zhì)量利用系數(shù)高、運輸量大以及運輸成本低等特點,得到廣泛應(yīng)用。然而,由于掛車是在牽引連接裝置傳遞的水平方向力作用下,被動地跟隨牽引車轉(zhuǎn)向,導(dǎo)致車輛在制動或在曲率半徑較小的彎道上行駛時,易產(chǎn)生折疊或擺尾(掛車擺動)現(xiàn)象,帶來一系列安全隱患。因而,為更好地提高汽車列車的運輸效率,使其能持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展,提高其安全

2、性能勢在必行。
　　全掛汽車列車大體上可分為牽引車和掛車以及牽引連接裝置三大部分。本文基于一種液壓雙桿式全掛汽車列車,提出主動轉(zhuǎn)向控制方法,從連接裝置入手,改變以往的工作機(jī)制,化被動為主動,減輕掛車與牽引車的耦合作用,使掛車可以主動地跟隨牽引車進(jìn)行轉(zhuǎn)向,提高掛車的轉(zhuǎn)彎跟隨性。
　　本文建立一個液壓雙桿式全掛汽車列車主動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng),通過傳感器采集牽引車運動參數(shù),將采集到的參數(shù)送到ECU進(jìn)行處理,ECU根據(jù)參數(shù)判斷行駛狀態(tài)發(fā)出

3、控制指令,經(jīng)通訊網(wǎng)絡(luò)將指令傳遞到掛車控制器,再由掛車控制器控制牽引桿的伸縮變化,改變牽引裝置對全掛車施加的牽引力大小和方向,使全掛車能完成主動轉(zhuǎn)向,改善全掛汽車列車轉(zhuǎn)向特性。
　　在分析Ackerman轉(zhuǎn)向原理的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出牽引車車速與液壓牽引桿長度之間的比例控制關(guān)系,并進(jìn)行開環(huán)仿真。對電液控制部分中的各個裝置建立數(shù)學(xué)模型得到傳遞函數(shù),并進(jìn)行仿真分析,得到電液控制部分動態(tài)性能。
　　基于液壓雙桿式全掛汽車列車橫擺運動及側(cè)向運

4、動建立車輛數(shù)學(xué)模型,并進(jìn)行開環(huán)仿真。將各部分?jǐn)?shù)學(xué)模型整理組合成整車主動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)模型,在MATLAB/Simulink中進(jìn)行仿真,得到系統(tǒng)在階躍輸入下穩(wěn)定輸出響應(yīng)曲線及液壓雙桿式全掛汽車列車行駛軌跡圖,仿真結(jié)果表明主動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)是穩(wěn)定的閉環(huán)控制系統(tǒng),且能提高轉(zhuǎn)向跟隨性。
　　選用PID控制算法和遺傳算法分別對主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,對比發(fā)現(xiàn),經(jīng)過兩種算法優(yōu)化的系統(tǒng)快速性均得到提高,但遺傳算法優(yōu)化作用下的系統(tǒng)響應(yīng)穩(wěn)定性能優(yōu)于PID

5、控制算法優(yōu)化效果,且遺傳算法作用下的車輛行駛軌跡得到明顯改善。
　　在ADAMS中建立液壓雙桿式全掛汽車列車虛擬樣機(jī)模型,并為其建立MATLAB接口,進(jìn)行與MATLAB控制方案的聯(lián)合仿真。聯(lián)合仿真得到主動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)作用下車輛在S彎道上行駛軌跡圖,結(jié)果表明具有良好跟隨性。
　　按照比例制作液壓雙桿式汽車列車實物模型,設(shè)計制作硬件電路,編寫控制程序以進(jìn)行實物實驗。通過調(diào)試運行小比例車輛模型,更加直觀地觀測液壓雙桿式主動轉(zhuǎn)向全掛