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基于规则的多轴特种车辆稳定性集成控制

程洪杰 杨健福 刘志浩 李若亭 高蕾

程洪杰,杨健福,刘志浩,等. 基于规则的多轴特种车辆稳定性集成控制[J]. 北京航空航天大学学报,2024,50(6):1794-1805 doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0569
引用本文: 程洪杰,杨健福,刘志浩,等. 基于规则的多轴特种车辆稳定性集成控制[J]. 北京航空航天大学学报,2024,50(6):1794-1805 doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0569
CHENG H J,YANG J F,LIU Z H,et al. Rule-based integrated stability control of multi-axle special vehicle[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2024,50(6):1794-1805 (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0569
Citation: CHENG H J,YANG J F,LIU Z H,et al. Rule-based integrated stability control of multi-axle special vehicle[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2024,50(6):1794-1805 (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0569

基于规则的多轴特种车辆稳定性集成控制

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0569
详细信息
    通讯作者:

    E-mail:2375496114@qq.com

  • 中图分类号: U461.6

Rule-based integrated stability control of multi-axle special vehicle

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  • 摘要:

    为提升多轴特种车辆的主动安全性与操纵稳定性,以某重型5轴特种车辆为研究对象,基于自适应协调控制策略,设计了集成主动后轮转向(ARS)与差动制动力矩分配(DBTD)的分层稳定性集成控制策略。决策层基于规则决策出ARS与DBTD子控制系统的协调控制指令;分配层基于前馈+反馈控制策略实现主动转向轮转向角的分配;基于滑膜控制与既定规则实现车轮差动制动力矩的分配。通过Trucksim与Simulink联合仿真对所提控制策略的控制效果进行验证,对比分析了高速高附转向与低速低附转向2种极限工况下稳定性控制车辆与无控制车辆的运动状态。结果表明:在集成控制系统控制下的车辆,对于高速高附工况,车辆的横摆角速度与质心侧偏角的幅值相比于无控制车辆分别降低了46%与63%,对于低速低附工况,车辆的横摆角速度与质心侧偏角的幅值相比于无控制车辆分别降低了47%与58%,集成控制系统能有效提升车辆高速高附转向时的行驶稳定性与低速低附转向时的转向灵敏度和路径跟随性能。

     

  • 图 1  控制系统结构

    Figure 1.  Control system structure

    图 2  5轴车辆线性2自由度模型

    Figure 2.  Linear two-degree-of-freedom model of a five-axle vehicle

    图 3  主动转向控制器结构

    Figure 3.  Active steering controller structure

    图 4  阿克曼转向模型

    Figure 4.  Ackerman steering model

    图 5  制动控制策略

    Figure 5.  Braking control strategy

    图 6  双移线仿真测试结果

    Figure 6.  Double shift line simulation test results

    图 7  低附着路面测试结果

    Figure 7.  Test results of low adhesion pavement

    表  1  制动控制规则

    Table  1.   Braking control rules

    理想横摆角速度判断 横摆角速度判断 制动控制策略
    $ {\omega _{{\textit{z}}{\text{d}}}} > 0 $ $ \left| {{\omega _{\textit{z}}}} \right| < \left| {{\omega _{{\textit{z}}{\text{d}}}}} \right| $ 左侧车轮制动
    $ \left| {{\omega _{\textit{z}}}} \right| > \left| {{\omega _{{\textit{z}}{\text{d}}}}} \right| $ 右侧车轮制动
    $ {\omega _{{\textit{z}}{\text{d}}}} < 0 $ $ \left| {{\omega _{\textit{z}}}} \right| < \left| {{\omega _{{\textit{z}}{\text{d}}}}} \right| $ 右侧车轮制动
    $ \left| {{\omega _{\textit{z}}}} \right| > \left| {{\omega _{{\textit{z}}{\text{d}}}}} \right| $ 左侧车轮制动
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    表  2  协调控制策略

    Table  2.   Coordinated control strategy

    横向载荷转移
    率判断
    横摆角速度判断 横摆角速度偏差判断 控制策略
    $ {\mathrm{LTR}} < {\mathrm{LT}}{{\mathrm{R}}_{\text{d}}} $ $ \left| {{e_\omega }} \right| \lt {e_1} $ 不控制
    $ \left| {{e_\omega }} \right| \geqslant {e_1} $ DYC
    $ {\mathrm{LTR}} \geqslant {\mathrm{LTR}}_{\text{d}} $ $ \left| {{e_\omega }} \right| \lt {e_1} $ ARS
    $ \left| {{e_\omega }} \right| \geqslant {e_1} $ $ {{\mathrm{sgn}}} ({a_y}) = {{\mathrm{sgn}}} ({e_\omega }) $ ARS+DYC
    $ {{\mathrm{sgn}}} ({a_y}) \ne {{\mathrm{sgn}}} ({e_\omega }) $ 先ARS后DYC
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    表  3  车辆模型主要参数

    Table  3.   Main parameters of vehicle model

    参数数值
    整车质量/kg54048
    轮距/m2.56
    1轴距质心的轴距/m5.784
    2轴距质心的轴离/m3.384
    3轴距质心的轴离/m1.116
    4轴距质心的轴离/m3.516
    5轴距质心的轴离/m5.916
    质心高度/m1.36
    轮胎半径/m0.628
    整车绕x轴的转动惯量/(kg·m2230700
    整车绕y轴的转动惯量/(kg·m2852500
    整车绕z轴的转动惯量/(kg·m272536.8
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  • [1] 毕凤荣, 孙浩轩, 张立鹏, 等. 4WID车辆主动安全控制策略研究[J]. 天津大学学报(自然科学与工程技术版), 2022, 55(2): 158-165.

    BI F R, SUN H X, ZHANG L P, et al. Research on the active safety control of the 4WID vehicle[J]. Journal of Tianjin University (Science and Technology), 2022, 55(2): 158-165(in Chinese).
    [2] 张不扬. 基于主动转向与差动制动的四轴商用车稳定性集成控制算法开发[D]. 长春: 吉林大学, 2019.

    ZHANG B Y. Development of integrated stability control algorithm for four-axle commercial vehicle based on active steering and differential braking[D]. Changchun: Jilin University, 2019(in Chinese).
    [3] AOUADJ N, HARTANI K, FATIHA M. New integrated vehicle dynamics control system based on the coordination of active front steering, direct yaw control, and electric differential for improvements in vehicle handling and stability[J]. SAE International Journal of Vehicle Dynamics, Stability, and NVH, 2020, 4(2): 119-133. doi: 10.4271/10-04-02-0009
    [4] 邓召文, 孔昕昕, 高伟. 重型半挂汽车列车主动转向控制策略研究[J]. 现代制造工程, 2021(10): 17-24.

    DENG Z W, KONG X X, GAO W. Research on active steering control strategy of articulated heavy vehicles[J]. Modern Manufacturing Engineering, 2021(10): 17-24(in Chinese).
    [5] 张为, 丁能根, 王健, 等. 汽车DYC滑模控制器设计及系统稳定性分析[J]. 北京航空航天大学学报, 2010, 36(11): 1353-1357.

    ZHANG W, DING N G, WANG J, et al. Vehicular DYC via SMC and system stability analysis[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2010, 36(11): 1353-1357(in Chinese).
    [6] 高坤明, 郭宗和, 于瑶瑶, 等. 重型车辆主动悬架的滑模控制器设计及优化[J]. 山东理工大学学报(自然科学版), 2020, 34(4): 30-36.

    GAO K M, GUO Z H, YU Y Y, et al. Design and optimization of sliding mode controller for active suspension of heavy vehicle[J]. Journal of Shandong University of Technology (Natural Science Edition), 2020, 34(4): 30-36(in Chinese).
    [7] 赵强, 解利臣. 基于主动横向稳定杆的汽车防侧倾控制策略及算法研究[J]. 重庆理工大学学报(自然科学), 2019, 33(12): 1-7.

    ZHAO Q, XIE L C. Research on anti-roll control strategy and algorithm of automobile based on active anti-roll bar[J]. Journal of Chongqing University of Technology (Natural Science), 2019, 33(12): 1-7(in Chinese).
    [8] 朱宏波. 车辆稳定性控制系统控制策略研究及验证[D]. 长春: 吉林大学, 2019.

    ZHU H B. Research and validation on control strategy of vehicle electronic stability control system[D]. Changchun: Jilin University, 2019(in Chinese).
    [9] WANG G D, LIU Y, LI S S, et al. New integrated vehicle stability control of active front steering and electronic stability control considering tire force reserve capability[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2021, 70(3): 2181-2195. doi: 10.1109/TVT.2021.3056560
    [10] 李韶华, 张志达, 周军魏. 全轮转向非线性重型车辆稳定性集成控制研究[J]. 振动与冲击, 2019, 38(9): 148-156.

    LI S H, ZHANG Z D, ZHOU J W. Nonlinear integrated control for maneuvering stability of a heavy-duty vehicle with all-wheel steering[J]. Journal of Vibration and Shock, 2019, 38(9): 148-156(in Chinese).
    [11] 孙船斌, 方琳, 童宝宏. 受饱和约束的车辆转向非线性鲁棒模糊分布控制[J]. 振动与冲击, 2022, 41(4): 77-85.

    SUN C B, FANG L, TONG B H. Nonlinear robust fuzzy distributed control of vehicle steering with saturation constraint[J]. Journal of Vibration and Shock, 2022, 41(4): 77-85(in Chinese).
    [12] 付翔, 杨凤举, 黄斌, 等. 主动后轮转向四轮独立驱动车辆的协调控制[J]. 江苏大学学报(自然科学版), 2021, 42(5): 497-505.

    FU X, YANG F J, HUANG B, et al. Coordinated control of active rear wheel steering and four wheel independent driving vehicle[J]. Journal of Jiangsu University (Natural Science Edition), 2021, 42(5): 497-505(in Chinese).
    [13] AHMADIAN N, KHOSRAVI A, SARHADI P. Integrated model reference adaptive control to coordinate active front steering and direct yaw moment control[J]. ISA Transactions, 2020, 106: 85-96. doi: 10.1016/j.isatra.2020.06.020
    [14] 赵权, 李韶华, 刘欢, 等. 某特种车辆整车动力学性能分析与评价[J]. 车辆与动力技术, 2018(4): 28-32. doi: 10.3969/j.issn.1009-4687.2018.04.006

    ZHAO Q, LI S H, LIU H, et al. Dynamic performance analysis and evaluation of a special vehicle[J]. Vehicle & Power Technology, 2018(4): 28-32(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1009-4687.2018.04.006
    [15] 刘明春. 8×8轮毂电机驱动车辆操纵稳定性分析与控制研究[D]. 北京: 北京理工大学, 2015.

    LIU M C. Study on handling stability analysis and control for 8 in-wheel motor drive vehicle[D]. Beijing: Beijing Institute of Technology, 2015(in Chinese).
    [16] KIM W, YI K, LEE J. An optimal traction, braking, and steering coordination strategy for stability and manoeuvrability of a six-wheel drive and six-wheel steer vehicle[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 2012, 226(1): 3-22.
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-06-30
  • 录用日期:  2022-08-22
  • 网络出版日期:  2022-09-08
  • 整期出版日期:  2024-06-27

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