重载运输车侧向调平控制系统研究

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1、中图分类号：U469.5+41TP273+4文献标识码：A文章编号：1004-0226（2007）11-0000-04重载运输车侧向调平控制系统研究周科刘少军孙启超罗斌中南大学机电工程学院湖南长沙410083摘要：本文结合虚拟样机技术和控制系统仿真技术对自行式重载运输车的自动调平系统进行了设计研究，建立了运输车横向半车多刚体动力学模型，并针对该模型设计了模糊控制器。联合仿真研究结果表明，模糊控制策略能对车架横向倾斜有很好的控制效果。调平精度达到0.17°，调节时间约为1.6s。能够满足调平系统高精度和快速度的要求。关键词：重载运输车自动调平虚拟样机模糊控制联合仿真1引言自行

2、式重载运输车是一种运输“四超”大件的道路运输特种车辆。它对路况的要求很高，行驶过程中车身必须保持一定的水平度。否则，可能发生车毁人亡的严重事故。为了保证所运输的大件安全性，防止倾翻或滑落，该特种车辆设计了一套调平系统，在低频范围内能有效纠正车架倾斜姿态，保证车架的水平度在允许范围内。自20世纪80年代，自行式重载运输车的悬挂系统就普遍采用了主动型液压悬挂结构。液泵驱动油缸通过悬挂油缸的伸缩运动来改善行驶性能，提高车辆的通过性。主动悬架的研究是热点之一。由于悬挂系统比较复杂，在研究车辆悬挂系统时，若采用动力学仿真软件MSC.Adams建立机械虚拟样机，则能有效提高分析的准确性

3、和工作效率，更方便地优化结构和参数，同时可以结合Matlab的控制模型进行联合仿真，直观地观察控制的效果。本文采用了基于MSC.Adams和Matlab联合仿真技术，并将Matlab中的基于模糊控制策略的控制系统输出到MSC.Adams中，以车架倾斜角和调整时间为评价指标。仿真结果表明车辆侧向倾斜得到了良好的控制。2减震调平系统原理某型钢包运输车的悬挂系统是由独立的4轴对，8支悬挂油缸组成。8支悬挂油缸被均分为4组。每组内的俩油缸相互并联，形成了平衡式悬挂，可使架上的集中载荷均分到各车桥，使轮胎载荷基本均匀。油缸并联后形成了四条油路，其流量大小由各路上的多路比例电磁阀换向阀

4、的开度来调整。油缸的升与降实现车架姿态的调整。图1减震调平原理该车调平系统的原理如图1所示，车架的俯仰角x，侧倾角y由双轴倾角传感器获得。减震调平控制箱获取到车身姿态信息，调用控制程序控制四个多路比例电磁阀换向阀的开度，各组油缸的伸缩运动实现对车身姿态的调整。控制阀可以实现不同路况下支撑环境的转换，即三点支撑和四点支撑的转变。以优先调节最低油缸伸长与最高点平齐的策略，理论上可以达到快速调平的效果，但实际使用表明，由于系统各支腿的相互作用复杂使得调平过程需要反复进行，反而会增加调平时间并导致车架振动加剧。本文采用另一种调平思想：先调节x和y倾斜度最大的那个方向，达到调平精度后

5、再调节另一个方向，最终实现车架整体调平。3动力学建模建立调平系统的动力学模型是进行性能分析与优化的基础。1/4车辆模型能很好地体现垂直振动问题，但不能反映侧倾问题，本文采用了横向半车模型，能比较好地体现垂直跳动和侧倾状态变化的问题[1]。本文半车轮胎跳动试验台样机（图2）是在多刚体动力学仿真软件MSC.adams中建立的。建模的基本过程为：a.建立实体。本系统的实体均为刚体，主要有车架、悬挂油缸、车轮组、车桥和振动实验台。实体的参数源自某型钢包车。b.定义实体间的运动约束。本文主要讨论车体侧倾，所以将车体的运动限制在垂直平面上，车与活塞杆，车桥与油缸体之间为铰接。c.定义振

6、动试验台与车轮组间的约束力，油缸间的主动力。d.针对模型进行测试与仿真，并用后处理模块进行结果分析。图2半车轮胎跳动试验台样机模型4控制规律及控制器的设计由于该液压悬挂系统是一个复杂的时变非线性强耦合系统，采用经典线性系统控制方法比较难取得好的控制效果[2]。本文采用模糊控制可望取得更优良的控制效果。模糊控制器的设计包括控制器结构的设计、规则库的建立、模糊变量的赋值以及查询表的建立。在该系统中，控制器的输入为车身的倾斜角E及其变化率EC；输出为悬挂油缸的输出作用力u。EC及u的模糊子集定义为{NB，NM，NS，O，PS，PM，PB}，E的模糊子集为{NB，NM，NS，NO，

7、PO，PS，PM，PB}；E及EC的论域为{-66}，u的论域为{-77}；倾斜角E定义了负零和正零的目的在于提高稳态精度。模糊控制器的控制规则是基于手动控制策略，取决于操作者已有的经验和技术知识。本文借鉴了典型工业模糊控制系统的控制规则，并结合此系统特点，依据倾斜角越大，则控制力应越大，尽快地消除误差；当倾斜角偏小时，应减少控制力防止超调使得系统更快地稳定下来的原则，得出了如下控制规则表1。表1模糊规则表UECNBNMNSOPSPMPBENBNMNSNOPOPSPMPBPBPBPMPMPMPSOOPBPBPMPM