半挂汽车列车横向稳定性的模糊控制

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1、万方数据·应用研究·方沂刘春辉李小鹏等半挂汽车列车横向稳定性的模糊控制83半挂汽车列车横向稳定性的模糊控制方沂，刘春辉，李小鹏，杜峰(天津职业技术师范大学汽车与交通学院，天津300222)摘要：引入Gim轮胎模型建立了半挂汽车列车的非线性动力学模型。以牵引车横摆角速度为控剁变量，提出了半挂汽车列车直接横摆力矩的模糊控稍方案，基于模糊控制技术设计了模糊控制器。借助MATLAB／Simulink，以建立的非线性动力学模型为平台，对该控制器的有效性进行了验证。仿真结果表明，高速转角大转向时，直接横摆力矩的模糊控制器能保证半挂汽车列车的侧向稳定性。关键词：直接横摆力矩；操纵稳定性

2、；模糊控制；Gim轮胎模型中图分类号：U461．6文献标识码：A文章编号：1672一1616(2012)21一0083一04半挂汽车列车具有运输效率高、吨公里油耗低、能够实现门对门运输等优点，已成为公路运输的主力。半挂汽车列车横向失稳(折叠、甩尾、横向摆振、侧翻)是一个世界范围的重要公路安全问题，许多研究报告指出，汽车列车交通事故大部分都是横向失稳造成的⋯。直接横摆力矩控制系统(DYC)作为实现汽车主动安全的主要技术之一，可以在极恶劣的行车环境下提高汽车的稳定性旧1。目前，直接横摆力矩控制系统已经引起了国内外学者的广泛关注旧。·，但是针对半挂汽车列车的研究还较少沁J。本文

3、引入Gim轮胎模型建立了半挂汽车列车的非线性动力学模型，基于模糊控制技术设计了直接横摆力矩的模糊控制器，借助MATLAB／Simu．1ink，对该控制器进行仿真分析，并与传统半挂汽车列车的动力学响应进行比较，分析了装备直接横摆力矩模糊控制系统的半挂汽车列车的性能优势。1半挂汽车列车的非线性动力学模型1．1整车模型半挂汽车列车的操纵动力学模型如图1所示。模型的建立需要以下前提：(1)将半挂汽车列车看作2个刚体，牵引车与半挂车通过鞍座上的牵引销联接；(2)汽车列车仅有水平面内的横摆运动及恒定的前进速度；(3)根据1／2模型的单轨特性，在前、后轴中心分别作用一个载荷。以上述前提

4、为基础，可建立如下微分方程‘7

5、。＼图l半挂汽车列车操纵动力学模型牵引车：mlM(卢l+r1)=F订+F竹l+F，(1)L1il=oIF仃一6IF。l—clF，(2)半挂车：m2u(口2+r2)=F位一F，(3)如i2=一6zFm—c2F，(4)式中：m。为牵引车质量；u为牵引车纵向车速；r。为牵引车横摆角速度；r：为半挂车横摆角速度；口。为牵引车质心侧偏角；届：为半挂车质心侧偏角；，，。为牵引车绕质心转动惯量；如为半挂车绕质心转动惯量；n，F。。为地面对牵引车前后轮的侧向反作收稿日期：2012一07一19作者简介：方沂(1963一)，男，天津人，天津职业技术师范大学教授

6、，工学硕士，主要研究方向为机械系统动力学。万方数据2012年11月中国制造业信息化第41卷第21期用力；F花为地面对半挂车车轮的侧向反作用力；，，为牵引点的侧向力；口。，6。为牵引车质心到前、后轴的距离；c。为牵引车质心到铰接点的距离；c：为半挂车质心到铰接点的距离；6：为半挂车质心到半挂车车轴的距离；蠡为牵引车前轮转角。1．2Gim轮胎模型Gim轮胎模型是以“相互作用弹簧”概念为基础推导出来的理论模型喁]。不考虑轮胎回正力矩特性，具体公式可表示如下。轮胎与路面间的纵向力为：f只=c。s。z：+p。t(1—3《+2z：)5。<5。。【F，=纵Es。≥s。(5)轮胎与路面问

7、的横向力为：fF，=c。s。砭+拗t(1—3最+2砭)【F，=肛，ts。≥s。。，一Cr2(62+c2)Dl，一——————：————一一玎ku’621=Cf口l—C，l6l—Cr2cl，k：垡』掣慨址cl’D，，=一十，孔，址C1。～“。‘。Cr2(62+c2)cl％一——■■一’63l=～Cr262一Cr2c2，6强：堑皇誓盟+m2岣，．。‘弘‘‘。。Cr2(62十c2)2D33一——i一。其中：C，，e，，为牵引车前、后轮侧偏刚度；C岔为半挂车车轮侧偏刚度。5a“*(6)3模糊控制器设计式中：p。为车轮纵向附着系数；肌为车轮横向附着系数；￡。为轮胎接地线长度的无量纲

8、值；C。，C。为轮胎纵向、横向刚度；s。为纵向滑移率；s。为横向滑移率；S。为轮胎弹性变形的横向临界滑移率；S。。为轮胎纵向临界滑移率；F：为车轮法向载荷。2半挂汽车列车参考模型考虑轮胎在线性范围内，取状态矢量瓦=[卢，r。r：p]T，输入矢量u。=[瓯]，巩=[M]，其中膨为附加横摆力矩。推导系统的状态空间表达式如下：A。。k=曰。。x。+C。lUl+Cac2巩(7)式中：A。。=(ml+m2)比一m2cl—m2wl厶+mzc；一m2∽2m2ClC20Oc。1=[一cfc越=fo1L丑。=6ll61262l622631632