随着城市化进程的不断加快以及城市人口的急剧增长,作为一种新兴城市公共交通工具,公路列车凭借其高承载量、高运输效率以及运营成本较低的优势成为近几年的发展重点。多车厢与多液压铰接装置的耦合作用易造成车辆转弯半径大、拖挂车厢跟随效果差、整车稳定性下降,进而引发车辆发生重大事故。本文以一款三铰接四车厢公路列车为研究对象,通过改善拖挂车厢跟随效果、降低转弯半径,来提升车辆行驶稳定性与道路适应性,开展工作如下:1)公路列车数学模型搭建。首先针对公路列车车型以及铰接装置的工作特点,采用公式法与图解法对车辆行驶受力情况进行描述与分析;其次采用SAE轮胎坐标系与Pacejka魔术公式,建立车轮坐标系以及轮胎数学模型;根据车辆运动基本操纵模型的理想化假设以及车辆坐标系,建立起公路列车单轨线性六自由度车辆模型;最后借助达朗贝尔定理以及牛顿第二定律对公路列车车辆动力学方程与铰接力矩方程进行推导。该模型的搭建为后文建立目标路径、车厢模糊PID控制器以及变阻尼铰接控制器储备基础理论。2)公路列车仿真模型建立。首先采用UM Input软件建立公路列车整车多体仿真模型;其次采用UM Simulation软件建立车辆动力系统、转向系统、测试环境;最后参考国内外主要评价方法,对仿真测试评价指标进行选取。该部分工作为后续的控制策略验证进行模型准备。3)提出铰接公路列车路径跟踪控制策略与铰接盘变阻尼控制策略。为提高各拖挂车厢路径跟踪效果并降低转弯半径,设计了公路列车路径跟踪与铰接盘变阻尼控制系统,该系统包括基于插值法的目标路径生成器、模糊PID算法的轨迹跟随控制器以及逻辑门限法的变阻尼铰接盘控制器。其中,目标路径生成器引入引领点侧向速度、车厢质心纵向速度以及车厢横摆角度值三个输入变量,运用上述变量建立起公路列车各车厢的目标路径;模糊PID控制器引入车厢实际横摆角度值与目标横摆角度值两个输入变量实现对车轮转角的控制;变阻尼铰接盘控制器引入车辆纵向速度与铰接盘转速两个输入变量实现对不同条件下阻尼输出值的控制。4)联合仿真以及策略验证。编译Simulink控制策略模型并导入UM Simulation软件进行联合仿真;基于GB/T 6323-2014、GB/T 25979-2010在瞬态响应测试、稳态圆周测试、单移线测试以及蛇行测试路况下对公路列车路径跟踪控制策略予以验证。测试结果显示:车辆在上述路况行驶过程中,各车厢基本依照前车路径进行稳定行驶,无明显后部放大作用。车厢间轨迹相对最大误差小于0.09m,头车与尾车轨迹最大误差低于0.1m,RWA值均接近于1,车辆转弯半径由30m下降至15m。综上,相较未控制状态,各车厢轨迹跟随能力大幅提高,转弯半径有效降低。车辆行驶状态发生改变时,各车厢横摆角速度、侧向速度以及铰接盘转角均能在短时间内达到稳定状态,各参数峰值显著下降且数值波动问题得到解决。