CN102529922A - 一种半挂汽车列车横向稳定性控制*** - Google Patents

一种半挂汽车列车横向稳定性控制*** Download PDF

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刘春辉
杜峰
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Abstract

一种半挂汽车列车横向稳定性控制***，包括牵引车侧偏角测量装置、车体横摆角速度测量装置、横向稳定性功能模块、制动轮判定及制动力矩分配控制器和车轮制动器；其中，牵引车侧偏角测量装置、车体横摆角速度测量装置的输出端与横向稳定性功能模块的输入端电连接，横向稳定性功能模块的输出端与制动轮判定及制动力矩分配控制器电连接，制动轮判定及制动力矩分配控制器与车轮制动器电连接。本发明采用模型跟踪技术来跟踪理想模型，利用差动制动方案产生需要的附加横摆力矩，提高了半挂汽车列车在高速大转向时的行驶稳定性，可有效降低失稳概率，避免严重交通事故的发生。所发明的半挂汽车列车横向稳定性***结构合理、操作简单。

Description

一种半挂汽车列车横向稳定性控制***
技术领域：
本发明涉及一种汽车制动控制***，特别涉及一种半挂汽车列车横向稳定性控制***。
背景技术：
半挂汽车列车由牵引车和半挂车组成，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。欧美各国公路运输均以半挂汽车列车为主，专用汽车列车已占公路运输车辆的85％～90％。在国内，随着物流业的不断发展和高速公路网的形成，半挂汽车列车也日益成为公路运输的主力。半挂汽车列车行驶时，牵引车和半挂车既组成一个运动整体，又通过鞍座上的牵引销存在着相互运动的关系，如图1所示，半挂汽车列车转向行驶时，驾驶员施加到转向盘上的转角，通过转向机构转换为牵引车的前轮转角，牵引车实现转向行驶，此时牵引车与半挂车产生一个相对夹角，通过鞍座上的牵引销的作用，带动半挂车实现转向行驶。
相比单体载货车辆，半挂汽车列车由于存在牵引车与半挂车的耦合带来的附加自由度，其横向刚度较弱，更容易出现横向失稳(折叠、甩尾、横向摆振、侧翻)现象，而且半挂汽车列车装载量大、体积大、车速高、惯性大，所以一旦发生失稳状况，很容易波及到路上行驶的其它车辆，造成严重的连环恶***通事故，对人们的生命和财产安全影响很大，严重影响交通运输效率。
半挂汽车列车横向失稳的运动学表现为牵引车侧偏角、牵引车横摆角速度、半挂车横摆角速度和牵引车与半挂车中心线夹角的急剧增大，对横向失稳的半挂汽车列车，仅依靠驾驶员通过方向盘对半挂汽车列车前轮转角的调整来保证其稳定性通常效果甚微，因此需要有效的辅助控制***以改善半挂汽车列车的操纵稳定性，保证汽车高速大转角转向时的行驶安全性。
发明内容：
本发明针对现半挂汽车列车横向稳定性存在的问题，提供一横向稳定性控制***，其结构合理且使用操作简便，可有效改善汽车在极限或危险工况下的操纵稳定性，提高半挂汽车列车高速大转角转向时的行驶安全性。
如上构思，本发明采用以下技术方案：一种半挂汽车列车横向稳定性控制***，其特征在于：包括牵引车侧偏角测量装置、车体横摆角速度测量装置、横向稳定性功能模块、制动轮判定及制动力矩分配控制器和车轮制动器；其中，牵引车侧偏角测量装置、车体横摆角速度测量装置的输出端与横向稳定性功能模块的输入端电连接，横向稳定性功能模块的输出端与制动轮判定及制动力矩分配控制器电连接，制动轮判定及制动力矩分配控制器与车轮制动器电连接。
上述牵引车侧偏角测量装置包括可实时对牵引车纵向速度进行检测的纵向速度传感器、可实时对牵引车侧向速度进行检测的侧向速度传感器以及牵引车侧偏角控制器；纵向速度传感器和侧向速度传感器的输出端口与牵引车侧偏角控制器的输入端连接，牵引车侧偏角控制器的输出端与横向稳定性功能模块的输入端连接。
上述车体横摆角速度测量装置包括实时对方向盘转角进行检测的方向盘转角传感器、实时对牵引车横摆角速度进行检测的牵引车横摆角速度传感器以及实时对半挂车横摆角速度进行检测的半挂车横摆角速度传感器；方向盘转角传感器、牵引车横摆角速度传感器和半挂车横摆角速度传感器的输出端与横向稳定性功能模块的输入端连接。
上述横向稳定性功能模块包括牵引车与半挂车中心线夹角计算模块、理想状态的牵引车侧偏角、牵引车横摆角速度、半挂车横摆角速度和牵引车与半挂车中心线夹角计算模块、差值模块和附加横摆力矩控制模块四部分；横向稳定性功能模块接受牵引车侧偏角测量装置、车体横摆角速度测量装置的检测信号，牵引车与半挂车中心线夹角计算模块计算出牵引车与半挂车中心线夹角，理想状态计算模块得到理想状态下的牵引车侧偏角、牵引车横摆角速度、半挂车横摆角速度和牵引车与半挂车中心线夹角，差值模块得到上述参量的差值，附加横摆力矩控制模块计算出所需要的附加横摆力矩。
本发明采用模型跟踪技术来跟踪理想模型，利用差动制动方案产生需要的附加横摆力矩，提高了半挂汽车列车在高速大转向时的行驶稳定性，可有效降低失稳概率，避免严重交通事故的发生。所发明的半挂汽车列车横向稳定性***结构合理、操作简单。
附图说明
图1是半挂汽车列车牵引车与半挂车运动耦合图。
图2是本发明半挂汽车列车横向稳定性控制***的原理图。
图3是本发明中横向稳定性功能模块的原理图。
图4是本发明中半挂汽车列车差动制动方案。
其中：1.方向盘转角，2、牵引车，3、半挂车，4、牵引车与半挂车相对转角，5、牵引车与半挂车的运动输出，6、方向盘转角传感器，7、牵引车横摆角速度传感器，8、半挂车横摆角速度传感器，9、牵引车侧偏角控制器，10、纵向速度传感器，11、侧向速度传感器，12、横向稳定性控制模块，13、制动轮判定及制动力矩分配控制器，14、车轮制动器，15、车体横摆角速度测量装置，16、牵引车侧偏角测量装置，17、牵引车与半挂车中心线夹角计算模块，18、理想状态的牵引车侧偏角、牵引车横摆角速度、半挂车横摆角速度和牵引车与半挂车中心线夹角计算模块，19、差值模块，20、附加横摆力矩控制模块，21、牵引车附加横摆力矩，22、半挂车附加横摆力矩。
具体实施方式
如图2所示，本发明包括牵引车侧偏角测量装置16、车体横摆角速度测量装置15、横向稳定性功能模块12、制动轮判定及制动力矩分配控制器13和车轮制动控制器14。牵引车侧偏角测量装置16，包括实时对牵引车纵向速度进行检测的纵向速度传感器10、实时对牵引车侧向速度进行检测的侧向速度传感器11，以及牵引车侧偏角控制器9；车体横摆角速度测量装置包括实时对方向盘转角进行检测的方向盘转角传感器6、实时对牵引车横摆角速度进行检测的牵引车横摆角速度传感器7，以及实时对半挂车横摆角速度进行检测的半挂车横摆角速度传感器8。牵引车侧偏角测量装置16、车体横摆角速度测量装置15与横向稳定性功能模块12电连接，将测量到的方向盘转角、纵向速度、牵引车侧偏角、牵引车横摆角速度、半挂车横摆角速度输入到横向稳定性功能模块12。制动轮判定及制动力矩分配控制器13与横向稳定性功能模块12电连接，接受横向稳定性功能模块12的输出信号。车轮制动器14与制动轮判定及制动力矩分配控制器13电连接，接受来自制动轮判定及制动力矩分配控制器13的指令。
图3给出了横向稳定性功能模块12的原理图，横向稳定性功能模块12接受牵引车侧偏角测量装置16和车体横摆角速度测量装置15测量的方向盘转角、纵向速度、牵引车侧偏角、牵引车横摆角速度、半挂车横摆角速度。利用牵引车横摆角速度、半挂车横摆角速度信号，牵引车与半挂车中心线夹角计算模块17计算出牵引车与半挂车中心线夹角。利用方向盘转角和纵向速度信号，理想状态的牵引车侧偏角、牵引车横摆角速度、半挂车横摆角速度和牵引车与半挂车中心线夹角计算模块18计算出理想状态下的牵引车侧偏角、牵引车横摆角速度、半挂车横摆角速度和牵引车与半挂车中心线夹角。差值模块19将实际的牵引车侧偏角、牵引车横摆角速度、半挂车横摆角速度和牵引车与半挂车中心线夹角与理想的牵引车侧偏角、牵引车横摆角速度、半挂车横摆角速度和牵引车与半挂车中心线夹角作减法运算，得到它们的差值，附加横摆力矩控制模块20利用最优控制程序(或者模糊控制程序等)计算出牵引车达到理想状态所需要的附加横摆力矩，并以半挂车与牵引车转动惯量之比计算出将半挂车的附加横摆力矩。
图4给出了半挂汽车列车差动制动方案，制动轮判定及制动力矩分配控制器13根据横向稳定性功能模块12的输出信号，判定是否需要对半挂汽车列车的左侧或右侧车轮进行制动，并相应具体分配需制动侧车轮的制动力矩；制动轮判定及制动力矩分配控制器13对车轮制动器14进行控制。

Claims (4)

1.一种半挂汽车列车横向稳定性控制***，其特征在于：包括牵引车侧偏角测量装置、车体横摆角速度测量装置、横向稳定性功能模块、制动轮判定及制动力矩分配控制器和车轮制动器；其中，牵引车侧偏角测量装置、车体横摆角速度测量装置的输出端与横向稳定性功能模块的输入端电连接，横向稳定性功能模块的输出端与制动轮判定及制动力矩分配控制器电连接，制动轮判定及制动力矩分配控制器与车轮制动器电连接。
2.根据权利要求1所述的一种半挂汽车列车横向稳定性控制***，其特征在于：上述牵引车侧偏角测量装置包括可实时对牵引车纵向速度进行检测的纵向速度传感器、可实时对牵引车侧向速度进行检测的侧向速度传感器以及牵引车侧偏角控制器；纵向速度传感器和侧向速度传感器的输出端口与牵引车侧偏角控制器的输入端连接，牵引车侧偏角控制器的输出端与横向稳定性功能模块的输入端连接。
3.一种半挂汽车列车横向稳定性控制***，其特征在于：上述车体横摆角速度测量装置包括实时对方向盘转角进行检测的方向盘转角传感器、实时对牵引车横摆角速度进行检测的牵引车横摆角速度传感器以及实时对半挂车横摆角速度进行检测的半挂车横摆角速度传感器；方向盘转角传感器、牵引车横摆角速度传感器和半挂车横摆角速度传感器的输出端与横向稳定性功能模块的输入端连接。
4.一种半挂汽车列车横向稳定性控制***，其特征在于：上述横向稳定性功能模块包括牵引车与半挂车中心线夹角计算模块、理想状态的牵引车侧偏角、牵引车横摆角速度、半挂车横摆角速度和牵引车与半挂车中心线夹角计算模块、差值模块和附加横摆力矩控制模块四部分；横向稳定性功能模块接受牵引车侧偏角测量装置、车体横摆角速度测量装置的检测信号，牵引车与半挂车中心线夹角计算模块计算出牵引车与半挂车中心线夹角，理想状态计算模块得到理想状态下的牵引车侧偏角、牵引车横摆角速度、半挂车横摆角速度和牵引车与半挂车中心线夹角，差值模块得到上述参量的差值，附加横摆力矩控制模块计算出所需要的附加横摆力矩。
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PB01 Publication
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