近年來我國經(jīng)濟(jì)不斷增長,在諸如電子商務(wù)因素的驅(qū)動下,我國貨物運輸?shù)男枨罅看蠓黾印０霋炱嚵熊嚲哂休^高的有效載荷、較低的運行成本、可靠性好等眾多優(yōu)勢,但半掛汽車列車往往質(zhì)量大、質(zhì)心高,同時受道路條件的限制,輪距的寬度也無法增大很多,因此半掛汽車列車的防側(cè)傾性能很差,駕駛員的不當(dāng)操作將會使車輛的側(cè)傾穩(wěn)定性急劇下降甚至出現(xiàn)側(cè)翻事故。側(cè)翻的半掛汽車會極大地破壞其周邊汽車的安全行車環(huán)境,甚至引發(fā)惡性連環(huán)交通事故。運行過程中的半掛汽車是一個高度非線性的系統(tǒng),并且行車過程中存在諸多不確定性因素的干擾,如駕駛員的不確定性轉(zhuǎn)向,在對半掛汽車進(jìn)行防側(cè)傾控制時容易出現(xiàn)模型失配的問題。因此,在研究半掛汽車列車防側(cè)翻的主動控制方法的同時,設(shè)法提高控制器的魯棒性,探索更適合半掛汽車非線性特性的控制策略及控制器是實現(xiàn)車輛安全、穩(wěn)定運行的有力保障。本文主要進(jìn)行了以下幾個方面的研究:(1)針對不確定性干擾半掛車的強(qiáng)非線性導(dǎo)致的模型失配問題,首先建立了反映半掛車橫擺、側(cè)向及側(cè)傾運動學(xué)特性的七自由度動力學(xué)模型作為預(yù)測模型,輪胎選用了魔術(shù)公式非線性輪胎模型,而后在Simulink中搭建七自由度的車輛動力學(xué)模型,并通過仿真試驗驗證了所搭建模型的準(zhǔn)確性,最后將駕駛員轉(zhuǎn)角的不確定性考慮在內(nèi),重構(gòu)了系統(tǒng)模型,為魯棒防側(cè)傾控制系統(tǒng)的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。(2)應(yīng)用不變集理論來處理系統(tǒng)中的參數(shù)不確定性和附加駕駛員輸入不確定性因素。首先對不變集理論進(jìn)行了簡要介紹,然后對所搭建的預(yù)測模型進(jìn)行魯棒可達(dá)性分析,求解魯棒可控集和可達(dá)集保證系統(tǒng)的可控性,最后將線性穩(wěn)定區(qū)域的狀態(tài)、控制輸入和干擾的約束考慮為魯棒控制不變集并作為控制器的終端約束。(3)采用無跡卡爾曼濾波算法(UKF)對系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)估計與參數(shù)辨識,應(yīng)用模型預(yù)測控制策略設(shè)計控制器,跟蹤參考信號,滾動優(yōu)化求解帶約束的有限時域最優(yōu)控制問題,求解得出最優(yōu)控制輸入,即三根主車軸的防側(cè)翻力矩,并由主動防側(cè)傾桿實施以達(dá)到防側(cè)傾控制的目的。(4)最后搭建了Matlab/Simulink和Truck Sim的聯(lián)合仿真平臺,通過四種典型工況下的仿真對比得出,本文所設(shè)計的魯棒非線性模型預(yù)測控制器擁有較好的防側(cè)傾性能,同時也保證了終端狀態(tài)不超出穩(wěn)定狀態(tài)的約束范圍。在常規(guī)工況和極限工況下均能較好的控制半掛汽車列車的橫向載荷轉(zhuǎn)移率值在0.7左右;并且在存在不確定性因素擾動時,本文控制器的魯棒性要優(yōu)于傳統(tǒng)的防側(cè)翻穩(wěn)定性控制器。
【學(xué)位單位】：重慶理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U461.6;U469.53
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 課題研究的背景及意義
    1.2 半掛汽車側(cè)傾穩(wěn)定性控制的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 魯棒非線性預(yù)測控制的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
2 半掛汽車動力學(xué)模型建模與仿真驗證
    2.1 半掛汽車動力學(xué)模型的假設(shè)與簡化
    2.2 七自由度整車動力學(xué)模型
        2.2.1 七自由度整車動力學(xué)模型的搭建
        2.2.2 魔術(shù)公式輪胎模型
    2.3 仿真對比驗證
    2.4 駕駛員行為不確定性
    2.5 本章小結(jié)
3 半掛汽車穩(wěn)定性魯棒模型預(yù)測控制設(shè)計
    3.1 引言
    3.2 半掛汽車的非線性參數(shù)辨識與狀態(tài)估計
        3.2.1 無跡卡爾曼濾波
        3.2.2 Sigma點的對稱采樣
        3.2.3 無跡變換UT
        3.2.4 量測更新
    3.3 魯棒不變集理論
        3.3.1 魯棒可控集與可達(dá)集
        3.3.2 魯棒可控集與可達(dá)集的計算
        3.3.3 魯棒不變集的定義與計算
    3.4 預(yù)測模型的可達(dá)性分析
    3.5 魯棒模型預(yù)測控制器的設(shè)計
        3.5.1 參考模型的建立與修正
        3.5.2 模型預(yù)測控制器設(shè)計
    3.6 本章小結(jié)
4 側(cè)傾穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的仿真實驗分析
    4.1 引言
    4.2 Matlab/Simulink與TruckSim聯(lián)合仿真
    4.3 典型實驗工況仿真
        4.3.1 雙移線試驗工況(高附)
        4.3.2 雙移線試驗工況(低附)
        4.3.3 角階躍轉(zhuǎn)向試驗工況
        4.3.4 魚鉤試驗工況
    4.4 本章小結(jié)
5 全文總結(jié)與展望
    5.1 全文總結(jié)
    5.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的研究成果

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2830867