基于模型预测的重型车辆侧翻主动控制.pdf

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1、第26卷第9期1762010年9月农业工程学报TransactionsoftheCSAEV．01．26No．9Sep．2010基于模型预测的重型车辆侧翻主动控制夏晶晶1，常绿1，胡晓明1，一，何勇1(1．淮阴工学院交通工程学院，淮安223001；2．同济大学机械工程学院，上海210804)摘要：为解决重型车辆侧翻问题，提出基于模型预测的侧翻主动控制方法。通过车辆侧倾数学模型来预测车辆的侧翻趋势，从而实现对于车辆侧翻主动控制的实时性。以带有空气悬架的大型客车为例，结合空气弹簧的工作特性，设计主动控制策略，实现对车辆侧翻危险状态的主动控制。在车辆行驶速度8

2、0km／h、方向盘转角200。的情况下进行仿真试验，车辆左侧空气悬架的刚度上升了12．9％，右侧窄气悬架的刚度下降了13．7％，车辆侧倾角稳定在3．9。。结果表明，基于模型预测的车辆侧翻主动控制系统能够及时调整左右空气悬架的刚度，提高重型车辆的侧翻控制能力，减少重型车辆侧翻事故的发生。关键词：车辆，模型，预测，空气悬架，主动控制doi：10．3969／j．issn．1002—6819．2010．09．030中图分类号：U461．6文献标志码：A文章编号：1002—6819(2010)-09—0176-05夏晶晶，常绿，胡晓明，等．基于模型预测的重型车辆

3、侧翻主动控制[J]．农业工程学报，2010，26(9)：176—180．XiaJingjing,ChangLU，HuXiaoming，eta1．Activecontrolonthesidetumblingofheavyvehiclebasedonmodelforecast[J]TransactionsoftheCSAE，2010，26(9)：176一180．(inChinese喇thEnglishabstrac00引言1空气弹簧的工作特性车辆侧翻是造成生命财产损失的重大交通安全事故。重型车辆由于质量和结构尺寸较大、质心较高，当车辆遇到极限工况时，如小半

4、径转弯，躲避障碍物等，更容易诱发侧翻事故。为了减少重型车辆侧翻事故的发生，提高重型车辆操纵和侧倾稳定性，必须采取必要的主动安全措施来避免车辆侧翻的发生。Furleigh等人针对重型铰接车辆提出了四轮转向控制策略，使重型车辆在高速避障时横向加速度大幅降低【11。Dunwoody提出一种主动控制系统，利用液压式第五轮和主动悬架来控制车辆的侧倾运动，使侧翻阈值提高了20％～30％【2】oWielenga提出一种防侧翻控制系统，利用差动制动代替全轮制动，若车轮离地或车辆横向加速度超过阈值，该系统立即触发差动制动避免侧翻f3】。上述几种方法在一定程度上抑制了车辆

5、侧翻的趋势，可以减少侧翻事故的发生，但是对于车辆侧翻的抑制效果有限，而且四轮转向、差动制动还对其他系统功能造成干涉。本文以带有空气悬架的大型客车为例，通过建立车辆侧倾数学模型来预测车辆的侧翻趋势，同时结合空气弹簧的工作特性，设计主动控制策略，实现对车辆侧翻的实时主动控制，提高重型车辆的侧翻控制能力，减少重型车辆侧翻事故的发生。收稿日期：2010-01-29修订日期：2010-06-07基金项目：江苏省基础研究计划(BIC2009168)；江苏省高校自然科学研究计划项目(09KJB580001)作者简介：夏晶晶(1974一)，男，江苏淮阴人，副教授．博士

6、，主要从事汽车机电一体化研究。淮安淮阴工学院交通工程学院，223001通常空气弹簧充放气的目的是控制车身高度。根据车速、路面等工况需要，空气弹簧通过充放气调节自身高度，从而控制车身高度MJ。1．1空气弹簧的充放气特性根据伯努力方程可以确定管道内空气流体的平均流速、Pl=P2+pu2(1)式中：p1——空气弹簧储气筒的额定压力，研究中考虑为恒定压力，MPa；晚——空气弹簧内的压力，MPa；广充入气体的流体密度，kg／m3；lr管道内气体的平均流速，m／s。空气弹簧理论充气时间由下式确定岛y+puStt=∥(2)式中：pI——充气前空气弹簧内的空气流体密度

7、，kg／m3；矿——空气弹簧容积(本文中考虑为瞬间载荷变化，容积基本不变)，m3；蜀——管道的有效截面积，m2；f——空气弹簧理论充气时间，s；ptI——充气后空气弹簧内的空气流体密度，kg／m3。实际充气过程中，空气弹簧的充气时间还需要考虑3个影响因素：1)气囊中气体的温度升高；2)车架运动，静载荷变为动载荷；3)克服减振器压力。因此在确定空气弹簧实际充气时间时，需要用空气弹簧承载系数进行修正。空气弹簧的放气特性与充气特性是类似的，限于篇幅，不再列出。1．2空气弹簧的刚度特性首先分析空气弹簧不受充放气影响。处于封闭状态时的刚度特性。第9期夏晶晶等：基

8、于模型预测的重犁车辆侧翻主动控制177假定为绝热雎缩，气压．体积关系方程为(风+P2)矿”=扔