【摘要】：作為工程機械的重要組成部分,鉸接式轉向車輛(簡稱為鉸接車)以良好的機動性、廣泛的適應性、較高的生產(chǎn)率、較低的運營成本等優(yōu)點,廣泛應用于農(nóng)業(yè)、建筑、林業(yè)和采礦等行業(yè)。然而由于缺乏自動回正力矩、駕駛員視野隨轉向而動、以及全液壓轉向自身缺陷等一系列問題,導致鉸接車的可操縱性變差、行駛穩(wěn)定性降低,造成了一定的駕駛員操作負擔、影響了車輛的行駛安全。為解決上述問題,本文立足于搭建準確的鉸接車數(shù)學模型并實現(xiàn)可視化仿真,深度研究鉸接車橫擺穩(wěn)定性的影響因素,并從駕駛操縱和車身穩(wěn)定性兩個層面對鉸接車的姿態(tài)進行控制。針對目前鉸接車模型在準確性、仿真實時性、可視化顯示等方面不能兼顧的問題,推導、搭建了耦合全液壓轉向系統(tǒng)在內的鉸接車非線性系統(tǒng)數(shù)學模型,并分別以實車場地試驗和多體動力學模型對數(shù)學模型在低速和高速時的準確性進行了驗證。開發(fā)了基于虛擬現(xiàn)實的鉸接車可視化仿真模型,使鉸接車模型同時具備了較高的仿真精度、較快的仿真速度、以及更好的視覺效果。通過外接方向盤和踏板組件的方式,實現(xiàn)了鉸接車的駕駛員在環(huán)仿真。基于鉸接車2-DOF和3-DOF模型,分析了輪胎側偏剛度、整車質心位置、液壓轉向系統(tǒng)等效扭轉剛度等對鉸接車穩(wěn)定性的影響。討論了兩種線性模型的優(yōu)缺點,給出了適合鉸接車穩(wěn)定性控制的參考模型�；趯嵻囋囼灲Y果分析了鉸接車方向盤轉角與折腰角之間的非線性對應問題,并通過對非線性車輛模型的仿真分析找出了造成鉸接車方向盤與折腰角不能同時回正的原因。分析了鉸接車橫擺穩(wěn)定性的影響因素,給出了鉸接車穩(wěn)定性參考Map圖。為解決鉸接車可操縱性差以及行駛環(huán)境影響駕駛員安全的問題,提出了一種基于動態(tài)虛擬地形場的鉸接車路徑跟蹤控制策略。設計了基于主動安全的車速控制器;建立了虛擬地形場的截面函數(shù),給出了直接側偏角控制和虛擬道路側傾控制兩種方法糾正側偏的影響;根據(jù)相關參數(shù)的可變性,將虛擬地形場函數(shù)劃分為基本地形和動態(tài)地形;結合鉸接車動力學模型與虛擬地形場下車輛側傾產(chǎn)生的輪胎側向力,得出主要折腰角,與補償角疊加共同組成目標折腰角;針對方向盤與折腰角不能同時回正的問題,提出了固定傳動比與PID反饋控制相結合的鉸接車轉角控制方法。在MATLAB/Simulink環(huán)境中建立了鉸接車無人駕駛路徑跟蹤控制器,分別在環(huán)形道路、雙移線道路、蛇形道路等工況下進行了路徑跟蹤控制仿真,并將結果與駕駛員在環(huán)仿真控制結果進行了對比。結果表明,無人駕駛路徑跟蹤控制以較小的誤差和較平穩(wěn)的轉向操作,顯示出對駕駛員控制的絕對優(yōu)勢,驗證了鉸接車無人駕駛路徑跟蹤控制算法的有效性。針對鉸接車相對橫擺穩(wěn)定性差、容易受到多種因素影響的問題,設計了兩種鉸接車的橫擺穩(wěn)定性改進辦法。首先通過改進液壓轉向系統(tǒng)的結構方案、對液壓轉向缸進行補油壓力控制改善鉸接車的橫擺穩(wěn)定性,并通過仿真分析確定了適合35t鉸接車的補油壓力參考值。之后設計了基于LQR的鉸接車橫擺穩(wěn)定性控制器,以及基于最優(yōu)輪胎利用率的車輪驅動力分配控制器,并設計了車輪防滑控制器。最后通過仿真驗證了鉸接車橫擺穩(wěn)定性控制器的有效性和魯棒性。
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U461.6
【圖文】：

由于采用了特殊的轉向和連接方式，鉸接車直線行駛時會逐漸偏離直線逡逑道路、并需要駕駛員持續(xù)不斷地對方向進行糾正，最終形成振蕩形狀的行駛逡逑路徑，如圖１－１，通常稱為“蛇形”現(xiàn)象。這一問題的存在使鉸接車只能以逡逑較低車速行駛，遠程遙控操作的鉸接車速度不超過５－６ｋｍ／ｈ，駕駛員控制的逡逑鉸接車速度超過３０ｋｍ／ｈ后必須配備操作輔助系統(tǒng)，以提高鉸接車的航向穩(wěn)定逡逑性印。逡逑１０１邐ｉ邐．邐１邐１邐逡逑／ｖ．邐｜邐ｊ邐ｊ邐ｊ邐＾逡逑°0邋Ｖ邐Ｔ￣７＂—Ｔ—邐＂邋ｆ逡逑ｒＡｙ邋＼邋ｌｙｖ邋ｈ逡逑ｈ．邋－逡逑＾５0邐—；邐ｉ．．．ｒ＼ｌＴｔ４逡逑—ｊ—１———ｉ￡；逡逑＂９0０邐２０邐４０邐６０邐８０邐１００逡逑Ｄｉｓｔａｎｃｅ邋ｘ，邋ｍ逡逑圖１－１鉸接車“蛇形”現(xiàn)象運動軌跡一車速２８邋ｋｍ／ｈＷ逡逑司機駕駛鉸接車在礦山道路行駛時需要頻繁調節(jié)方向盤，并抱怨駕駛負逡逑擔過重。且車輛在行駛過程中無法沿直線行駛，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在對６０ｔ逡逑鉸接車試驗中發(fā)現(xiàn)，即使在平整路面上低速直線行駛，鉸接車的兩個轉向液逡逑壓缸始終存在位移波動，且油缸位移測試同時使用了兩個獨立的線位移傳感逡逑器

汽車在行駛過程中，駕駛員通過控制車輛轉向實現(xiàn)對目標路徑的跟蹤。逡逑根據(jù)轉向方式的不同，可分為前輪轉向、后輪轉向、全輪轉向、車軸轉向、逡逑鉸接式轉向、差速轉向轉向原理如圖１－２所示。在轉向過程中，鉸接式逡逑轉向車輛的前后兩個車體都發(fā)生了轉動，而其他轉向方式的車輛僅是車輪或逡逑車軸相對車體發(fā)生一定角度的偏轉，這是鉸接車與其他轉向方式車輛的最大逡逑區(qū)別。鉸接車的具體應用車型有鉸接式自卸車、鏟運機、裝載機、拖拉機、逡逑平地機、林業(yè)伐木機等，示例如圖１－３所示。逡逑／邐Ｖ邋Ａ逡逑／’前輪轉向｜邐｜后輪轉向＼邋］邋｜善輪轉￥逡逑＾邐＾邐＾邐４邐＞逡逑ＭＡ邐Ａ邐Ａ逡逑，－Ｓ＾邋．．邐聲Ａ邐ｒＷ－．逡逑車軸轉向邐｜雇速轉向、逡逑＾邐備接轉向一一邐＾邐＾逡逑圖１－２汽車典型轉向方式逡逑－２－逡逑

由于鉸接式轉向解決了整體式底盤車輛在大牽引力和機動性的之間的矛逡逑盾，再加上經(jīng)濟方面的原因，鉸接式轉向系統(tǒng)逐漸受到歡迎，被越來越多的逡逑汽車制造廠商用于大噸位工程運輸車輛。鉸接式轉向系統(tǒng)是一種全液壓轉向逡逑系統(tǒng)，其結構原理如圖１－４所示，通常是由兩個液壓缸推動前后車體使其產(chǎn)逡逑生相對橫擺角來實現(xiàn)車輛的轉向，而液壓缸的油路則由全液壓轉向控制器控逡逑制。對于大型工程機械來說，由于全液壓轉向系統(tǒng)具有操縱力小、結構緊湊、逡逑布置靈活、可實現(xiàn)人力應急轉向等諸多優(yōu)點。對于在農(nóng)業(yè)、建筑、林業(yè)和采逡逑礦等行業(yè)廣泛應用的非公路車輛，鉸接式轉向的設計顯著地改善了車輛的可逡逑操縱性和轉向能力，取得了更好的經(jīng)濟性。隨著工程機械大型化的發(fā)展，轉逡逑向阻力矩也之提高，靠單級全液壓轉向器控制的液壓動力轉向系統(tǒng)已不能滿逡逑足轉向要求。流量放大全液壓轉向系統(tǒng)是具有結構緊湊、體積小、重量輕、逡逑油路連接少、操縱省力、轉向靈敏、安裝布置方便、工作可靠和系統(tǒng)效率高逡逑等優(yōu)點。目前，大型礦用汽車均采用流量放大全液壓轉向系統(tǒng)Ｈ。逡逑為得到更好的附著特性，在前后車體之間會安裝有一個擺動環(huán)以允許兩逡逑個車體之間的相對側傾轉動，鉸接點則允許前車體相對折腰轉動的最大角度逡逑達±４５°。與整體式底盤的輪式轉向車輛相比，鉸接式轉向車輛需要克服的逡逑

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8 E.馬里諾夫斯基;周觀成;;輪式鉸接車輛的運動穩(wěn)定性[J];筑路機械與施工機械化;1984年03期

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3 王小飛;魏朗;;虛擬試驗技術在車輛操縱穩(wěn)定性試驗中的應用[A];中國汽車工程學會汽車電子技術分會第七屆（2006）年會暨學術研討會論文集[C];2006年

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本文編號：2799431