全拖挂车的动力学分析与控制研究

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1、学位代码308学校代码10298学号3120149岛京林此大学论文题目：全拖挂车的动力学分析与控制研究作者：杨杰专业：车辆工程研究方向：车辆系统动力学与控制指导教师：陈宁教授二〇一五年六月学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律结

2、果由本人承担。学位论文出版授权书本人及导师完全同意《中国博士学位论文全文数据库出版章程》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》（以下简称“章程”，见WWW.cnki.net)，愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”在《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》中全文发表和以电子、网络形式公开出版，并同意编入CNKI《中国知识资源总库》，在《中国博硕士学位论文评价数据库》中使用和在互联网上传播，同意按“章程”规定孚受相关权益。论密级：致谢岁月如梭，

3、如歌。转眼间，三年的研究生求学生活即将结束，站在毕业的门槛上，回首往昔，奋斗和辛劳成为丝丝的记忆，甜美与欢笑也都尘埃落定。交通大学以其优良的学习风气、严谨的科研氛围教我求学，以其博大包容的情怀胸襟、浪漫充实的校园生活育我成人。值此毕业论文完成之际，我谨向所有关心、爱护、帮助我的人们表示最诚挚的感谢与最美好的祝愿。本论文是在导师陈宁教授的悉心指导之下完成的。三年来，导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。导师不仅授我以文

4、，而且教我做人，虽历时三载，却赋予我终生受益无穷之道。本论文从选题到完成，几易其稿，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血，在此我向我的导师陈宁教授表示深切的谢意与祝福!本论文的完成也离不开其他各位老师、同学和朋友的关心与帮助。在此也要感谢姚嘉凌等各位老师在论文开题、初稿、预答辩期间所提出的宝贵意见，还要感谢同门的师兄师妹们，在科研过程中给我以许多鼓励和帮助。回想整个论文的写作过程，虽有不易，却让我除却浮躁，经历了思考和启示，也更加深切地体会了法学的精髓和意义，因此倍感珍惜。还要感

5、谢父母在我求学生涯中给与我无微不至的关怀和照顾，一如既往地支持我、鼓励我。作者：杨杰二〇一五年六月摘要全拖挂车相对于其他车辆来说，具有很强的优势性，主要是因为它运输的货物量多，同时也能够运输重量级货物，这就有利于实现点与点之间的运输、甩挂式运输和滚装式运输，直接将公路运输和水路运输实现联运，具有足够强的机动性、灵活性，从而实现了点与点之间的直达运输，以满足大、中型企业对于运输上的要求。但是全拖挂车在给企业带来商业价值的同时，也常常会因为各种原因引发惨烈的交通事故。全拖挂车为组合结构形式，牵引车和

6、挂车的运动既相互独立又相互耦合，其运动方式比传统乘用车要复杂得多。随着技术的进步，全拖挂车的装载量和驾驶速度有了显著提高，但缺点是其在正常的行驶过程中易发生“折叠”、“甩尾”、“横向摆振”等不稳定的现象，因此有必要对全拖挂车的操纵稳定性进行分析和控制设计。本文的主要研究内容如下：首先，本文考虑了牵引车和车厢的侧向运动和横摆运动，分别建立了全拖挂车的二自由度的线性和非线性车辆模型。其中，在非线性车辆模型中轮胎模型首次采用了立方非线性轮胎模型，简化了轮胎模型的复杂性。其次，基于线性车辆模型，在车辆系

7、统动力学分析的基础上，建立了以牵引车质心侧偏角，牵引车和车厢横摆角速度和相对横摆角为状态变量的全拖挂车动力学模型。针对全拖挂车参数的不确定性，通过控制拖挂车的车厢前轮转向，分别设计了积分补偿的滑模控制系统和分数阶滑模控制系统。基于MATLAB/Simulink环境下实现仿真结果，比较这两种控制算法的优越性。通过结果表明：分数阶滑模控制下的全拖挂车具有更好的操纵稳定性，能够将牵引车和车厢之间的相对横摆角控制在稳定的范围内，有效地防止牵引车与车厢发生折叠，并且能更好地跟踪车辆的期望横摆角速度，提高了

8、全拖挂车的横向稳定性。此控制方法不但具有很好的控制性能，而且具有很好的鲁棒性。最后，主要研究非线性全拖挂车模型的失稳形式。在全拖挂车的车辆模型中，通过与魔术轮胎模型的数据拟合，得到立方非线性轮胎公式，建立了完整的非线性车辆的动力学方程。根据劳斯判据，分析出平衡点稳定的充分必要条件。由此，可以通过MATLAB的数据仿真，分析比较全拖挂车在不同车速条件下的横向摆振情况，从而深入了解车辆的失稳形式。同时，在非线性车辆模型中，引入分数阶滑模控制，其横摆角速度和相对横摆角的变化情况更接近于实际工况，具有很