论文摘要：半挂汽车列车差压制动与主动前轮转向的集成控制

半挂汽车列车广泛应用于货物运输，并带来了巨大的经济效益。然而，半挂汽车列车的铰接结构、质心高、迎风面积大等使得其行驶稳定性较差，影响了其安全性。半挂汽车列车的典型失稳形式包括折叠、甩尾、高速蛇行甩振等，这些失稳风险严重危及生命财产安全。因此，探究半挂汽车列车的失稳机理具有重要的理论和工程应用价值。

通过建立半挂汽车列车三、五自由度非线性动力学模型进行车辆系统稳定性分析。模型中采用魔术轮胎公式和Similarity方法来模拟不同附着路面条件下的侧向力，并且五自由度模型考虑了很多提高车辆模型精准度的因素，如横向垂直载荷转移、铰接点处侧倾力矩传递范围、悬架钢板弹簧片间摩擦力、侧倾轴线的确定等。模型的精度可以通过TruckSim/Simulink的时域联合仿真验证。

采用上述三、五自由度车辆模型分析了其开环系统的稳定性。开环系统稳定性分析时先根据模型方程求得平衡点并利用线性化方法分析平衡点邻域内的稳定性质。在给定车速和路面附着系数的条件下，以前轮转角为分岔参数绘制出分岔图并完成分岔分析。利用分岔图和特征值-特征向量法分析失稳机理，并且这些失稳形式得到了轮胎侧向力饱和程度和车辆是否出现过多转向的验证。在可行域内分析得到分岔图上每一分支对应的失稳形式，总结了半挂汽车列车的一般失稳机理。

闭环系统稳定性分析除采用上述车辆模型外，还采用可增益调度的PID自动路径跟随控制算法作为驾驶员模型。通过选取预瞄时间、转弯半径等作为分岔参数，采用类似于开环系统的方法分析了闭环系统稳定性及其影响因素。

对车辆施加的差压制动和主动前轮转向的集成控制，采用状态跟踪思想，以三自由度车辆模型作为参考模型，来产生期望的横摆响应和折腰角响应。控制系统通过两者响应的实际值与参考值进行对比求出需要施加的附加横摆力矩的大小，并按照控制率决策出差压制动和主动前轮转向参与控制的比例。最后通过对前轮施加辅助转向控制或对目标车轮施加相应的制动力矩来实现整车所需要的附加横摆力矩，提高车辆的行驶稳定性。集成控制的控制效果通过高附着双移线工况和低附着鱼钩转向工况下的TruckSim和Simulink时域联合仿真对比验证。

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