本文關(guān)鍵詞：大客車液壓助力主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制研究

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【摘要】：高速大客車載人多、體積和質(zhì)量慣性大、重心高且常變化,執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在時(shí)滯,底盤的長寬比例高,在側(cè)滑和甩尾等極限工況下,主動(dòng)輪胎縱向力穩(wěn)定性系統(tǒng)所能提供的附加橫擺力矩有限,難以實(shí)現(xiàn)對車輛的有效糾擺控制,容易發(fā)生死傷慘重的側(cè)翻事故。因此,大客車操縱穩(wěn)定性的主動(dòng)安全技術(shù)、控制策略及魯棒性是大客車安全領(lǐng)域迫切需要解決的重要研究課題之一。主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向(Active Front Steering,AFS)技術(shù)是車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的最新發(fā)展方向之一,它可以直接方便地控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角位移和力矩傳遞特性,優(yōu)化輪胎力和力矩分布,抵抗輪胎剛度攝動(dòng)和外界干擾,并為車輛提供一個(gè)附加橫擺力矩,可有效提高車輛的操縱穩(wěn)定性和行駛的安全性。雖然電驅(qū)動(dòng)機(jī)械疊加式的AFS系統(tǒng)已在部分高檔乘用車上得到應(yīng)用,大客車的轉(zhuǎn)向阻力較大,需要的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率和體積大,成本高,控制難度大,因此,目前的大客車仍不具有主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制功能。液壓伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有出力大、響應(yīng)快速、控制性能好和可靠性高等優(yōu)點(diǎn),是目前各種大型輪式車輛助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)合理的實(shí)現(xiàn)方案。有鑒于此,本課題組研發(fā)了一種新型液壓助力主動(dòng)轉(zhuǎn)向器并將之應(yīng)用于大客車上,使其在液壓助力轉(zhuǎn)向功能的基礎(chǔ)上,兼有了小型汽車的主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向功能,從而為提高大客車的操縱穩(wěn)定性,防止側(cè)滑和甩尾提供了一種重要的主動(dòng)安全控制解決方案。針對大客車的新型液壓助力主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)、性能分析、控制策略以及防甩尾AFS穩(wěn)定性控制,本文開展深入研究。主要工作如下:建立大客車動(dòng)力學(xué)模型、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型和輪胎模型。分析Pacejka輪胎模型局限性并提出改進(jìn)方法,以提高模型對不同路況的適應(yīng)性及擬合精度。分別建立Simulink和ADMAS/Car的多自由度非線性大客車動(dòng)態(tài)仿真模型,進(jìn)行蛇形繞樁和雙移線超車換道的對比仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證本文建立的非線性9-DOF大客車Simulink模型的準(zhǔn)確性,并以此作為大客車防甩尾AFS穩(wěn)定性控制研究的仿真平臺。分析新型液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作模式,綜合轉(zhuǎn)向“路感”、響應(yīng)快速性和控制精度,基于三余度可靠性思想,設(shè)計(jì)了雙電機(jī)泵雙獨(dú)立液壓源的液壓控制系統(tǒng),匹配設(shè)計(jì)電動(dòng)液壓機(jī)液伺服助力轉(zhuǎn)向和電液伺服AFS系統(tǒng)的性能參數(shù)。建立新型電液伺服AFS位置控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,推導(dǎo)出傳遞函數(shù),基于小角度線性輪胎側(cè)偏力的負(fù)載等效剛度,建立雙伸縮缸液壓伺服AFS系統(tǒng)的綜合剛度耦合模型,并進(jìn)行簡化處理。分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)特性、誤差和影響因素,并提出了相應(yīng)的解決方案。針對新型液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的PMSM泵速度伺服系統(tǒng),采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)滑�？刂撇呗栽O(shè)計(jì)其控制器。選擇積分形式的滑模面,利用RBF網(wǎng)絡(luò)對控制律的變化進(jìn)行在線估計(jì),并結(jié)合自適應(yīng)算法對不確定性進(jìn)行補(bǔ)償,消弱傳統(tǒng)滑模的抖振,提高可變液壓源系統(tǒng)的性能。建立了新型電液伺服AFS位置控制系統(tǒng)的三階模型,采用反演控制算法設(shè)計(jì)第一階和第二階子系統(tǒng),以保存滑模技術(shù)對系統(tǒng)不確定性的魯棒性,在第三階子系統(tǒng)中引入Terminal滑�？刂坡�,消除抖振,提高主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的綜合品質(zhì)。開展新型液壓助力主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的聯(lián)合仿真分析。基于AMESim建立新型液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的液壓和機(jī)械部分模型,用Simulink分別建立PMSM泵速度伺服系統(tǒng)和電液伺服AFS系統(tǒng)的控制器模型,以Simulink為主控軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真分析,對所提出的控制策略進(jìn)行驗(yàn)證。搭建新型液壓主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗(yàn)臺架,基于分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集與伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),介紹硬件組成及軟件功能,采用空載模擬高速行駛工況下的主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的對比試驗(yàn)研究,驗(yàn)證了理論研究、仿真分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性,表明所設(shè)計(jì)的新型液壓助力主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的合理性和有效性。基于穩(wěn)定性因子分析大客車轉(zhuǎn)向動(dòng)力學(xué)特征,分析了大客車側(cè)向失穩(wěn)的原因,研究產(chǎn)生側(cè)滑和甩尾等極限工況的軸側(cè)向力變化規(guī)律。設(shè)計(jì)了大客車運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)參數(shù)檢測與估算系統(tǒng),建立了線性輪胎模型與非線性Dugoff輪胎模型側(cè)偏力的偏差帶模型,提出了一種基于軸側(cè)向力飽和的大客車側(cè)滑甩尾預(yù)測方法。研究了防甩尾AFS滑�？刂撇呗�,通過引入一個(gè)虛擬中間變量,實(shí)現(xiàn)了對橫擺角速度與質(zhì)心側(cè)偏角綜合反饋的滑模解耦算法,簡化了控制器的設(shè)計(jì)。以裝備新型液壓助力主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的大客車為被控對象,建立Simulink防甩尾AFS控制器,針對典型工況進(jìn)行防甩尾AFS控制仿真分析,結(jié)果表明,本文所提出的控制策略能實(shí)現(xiàn)大客車的防側(cè)滑和甩尾有效控制,并具有較強(qiáng)的魯棒性,同時(shí)提高了對期望軌跡的跟蹤性能。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U463.4

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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本文編號：1235047