客车主动侧倾控制及操纵稳定性数据管理平台研究

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随着国民经济的快速发展,我国道路运输业进入了蓬勃发展的新时期,道路客运量和周转量呈现逐年上升的趋势。道路旅客运输在给人民的生产生活提供巨大便利的同时,也带来了严峻的交通安全问题,造成了众多的人员伤亡和财产损失。而对营运客车交通事故的调查分析表明,车辆侧翻和碰撞是两种最主要的交通事故类型,而营运客车本身的结构特点是导致其频繁发生侧翻事故的主要原因。因此,本文的研究目的是:分析营运客车侧翻的原因以及其动力学特性,从动力学建模的角度对营运客车整车进行动力学分析,并进行营运客车动态特性分析,通过营运客车整车实验数据对模型进行分析验证,提出了一种新型营运客车侧倾稳定性的控制策略,作为提高营运客车侧倾稳定性的依据。最后,建立营运客车操纵稳定性的数据管理平台。论文的主要研究工作和成果如下:(1)论文对营运客车的结构特征进行了详细分析,确定了横摆失稳和侧倾失稳是营运客车行驶过程中最容易发生的危险类型;在此基础上,构建了营运客车运动坐标系,分析了车辆平动和转动过程中的内力和外力作用,并据此构建了以转向盘转角和车辆运行速度为输入,质心侧偏角、横摆角速度、车身侧倾角、前轴和后轴簧下质量侧倾角为自由度的线性车辆动力学模型。(2)为了验证所建立的车辆动力学模型的正确性和有效性,利用车辆操纵稳定性检测装置获取了车辆双移线试验和蛇形试验中的车辆运行参数,并利用实车试验数据验证了车辆动力学模型的正确性。在此基础上,利用构建的营运客车线性动力学模型对车辆的侧倾稳定性进行了仿真分析,确定了营运客车后轴是容易发生提升的车轴;据此,分析了营运客车运行速度、质心纵向位置、质心高度、轮胎侧偏刚度以及悬架侧倾刚度等的变化对营运客车侧倾稳定性的影响规律。不仅如此,论文还探究了转向盘转角频域输入条件下车辆的动力学响应规律。(3)为了提高营运客车的侧倾稳定性,降低营运客车发生侧翻事故的危险,分析了营运客车侧倾稳定性的控制原理,建立了前后轴侧倾控制力矩下的营运客车动力学模型,确定以车辆前后轴的横向载荷转移率作为营运客车侧倾控制的控制目标。利用线性二次型最优控制,设计了能够抑制干扰的侧倾控制器。在此基础上,利用Simulink建立了营运客车主动侧倾控制的仿真模型,并对控制器的有效性进行了仿真研究。研究结果表明,建立的线性二次型最优控制器能够有效控制营运客车前后轴的横向载荷转移率,达到了提高车辆侧倾稳定性的目的。(4)为了有效的管理营运客车仿真数据和试验数据,便于不同车辆间行驶稳定性能的评价分析,提升数据的实用价值,论文建立了营运客车操纵稳定性数据管理平台。该平台不仅能够实现车辆基本数据、仿真参数、不同试验条件下的实车试验结果的存储管理,还能够对车辆的操纵稳定性进行分析和评价。平台使用MATLAB开发可视化操作界面,利用SQL server2000作为平台的后台数据库,通过ODBC数据源来实现图形用户界面对数据库的访问。设计的数据管理平台需要能够实现车辆检测数据处理、车辆性能仿真、车辆操纵稳定性性能评价、基础数据管理、外部数据导入和内部数据导出等功能。
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