摘要

　　近年來(lái)，隨著(zhù)公路旅客運輸量的快速增長(cháng)，汽車(chē)側翻事故也在不斷增加，造成了嚴重的人員傷亡與巨大的經(jīng)濟損失。在汽車(chē)事故中，側翻事故的危害程度高，受到越來(lái)越多的關(guān)注。客車(chē)由于載客量大、質(zhì)心高、質(zhì)量大等特點(diǎn)，比其他汽車(chē)更容易發(fā)生側翻。研究如何提高汽車(chē)行駛穩定性，減少側翻事故的發(fā)生，已成為當前研究的熱點(diǎn)。本文主要的研究?jì)热萑缦拢?/p>

　　（1）以客車(chē)為研究對象，建立三自由度側翻模型，在 Simulink 環(huán)境下搭建的三自由度車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型，與 Trucksim 中模型對比。

　　（2）從理論方面分析了影響了客車(chē)行駛穩定性的因素，提出了能更準確描述汽車(chē)穩定性的評價(jià)指標：動(dòng)態(tài)穩定性系數。分析了影響動(dòng)態(tài)穩定性系數的汽車(chē)結構參數和操縱參數。

　　（3）選取橫向載荷轉移率作為汽車(chē)側翻的判別指標，建立基于側傾角估計的側翻預警算法并提出基于TTR預警的差動(dòng)制動(dòng)防側翻控制。利用Matlab/Simulink與Trucksim軟件對基于 TTR 預警的差動(dòng)制動(dòng)防側翻控制進(jìn)行聯(lián)合仿真分析。

　　關(guān)鍵詞：客車(chē)，側翻穩定性，TTR 預警，差動(dòng)制動(dòng)，模糊 PID 控制

Abstract

　　In recent years, with the rapid growth of highway passenger traffic, the vehicle rollover accident is also increasing, resulting in serious casualties and huge economic losses.In the car accident, rollover accident harm degree is high, has attracted more and more attention.Due to the large passenger capacity, high center of mass, mass and other characteristics, more prone to rollover than other cars.It has become a hot topic to study how to improve the stability and reduce the occurrence of rollover accidents.The main contents of this paper are as follows:

　　（1）Taking the bus as the research object, the three degree of freedom rollover model is established, and the dynamic model of the vehicle with three degrees of freedom is built in the Simulink environment, which is compared with the Trucksim model.

　　（2）This paper analyzes the factors that affect the stability of the passenger car, and puts forward the evaluation index which can describe the stability of the vehicle more accurately.Analysis of the impact of the structural parameters of a vehicle dynamic stability coefficient and control parameters（3）The lateral load transfer rate is chosen as the index of vehicle rollover.The rollover warning algorithm based on side slope estimation is established, and the differential braking anti rollover control based on TTR is proposed.Using Matlab/Simulink and Trucksim software to simulate and analyze the differential braking anti rollover control based on TTR.

　　Key words:Passenger car,Rollover stability,TTR warning,Differential braking,Fuzzy PID control

　　高速網(wǎng)絡(luò )的不斷完善也帶動(dòng)了公路客運量和旅游業(yè)的快速增長(cháng)。旅游業(yè)的飛快進(jìn)步，使越來(lái)也多的客車(chē)投入使用。在我國轎車(chē)人均占有率還比較低的情況下，客車(chē)以其獨特的方便性和靈活性在人們的出行中占有重要的角色。

　　旅客運輸量的快速增長(cháng)使越來(lái)越多的營(yíng)運客車(chē)不斷投入使用，同時(shí)，帶動(dòng)中國客車(chē)制造業(yè)的快速發(fā)展，2014 年中國客車(chē)產(chǎn)量達 158.63 萬(wàn)輛，在全球客車(chē)市場(chǎng)上的份額為40%以上，中國客車(chē)產(chǎn)量已居世界第一[1]。中國客車(chē)產(chǎn)業(yè)在市場(chǎng)上的競爭能力明顯提高。

　　隨著(zhù)客車(chē)數量的快速增加，在客車(chē)上發(fā)生的交通事故也引起了人們對客車(chē)安全性的關(guān)注。客車(chē)由于其質(zhì)量大、重心高等特點(diǎn)，發(fā)生側翻的危險比乘用車(chē)更高，而客車(chē)載客量大，一旦發(fā)生側翻，其對人們的生命安全造成更大的威脅和更大的社會(huì )影響[2]。根據對交通事故的統計，發(fā)現客車(chē)側翻事故對百姓的生命安全造成更大的危害。根據美國對交通事故的數據統計，2012 年美國發(fā)生的交通事故有 561.5 萬(wàn)次，客車(chē)側翻事故在總交通事故的比例為 1.5%左右，但其造成的傷亡數占總傷亡數的比例為 20.3%，由此可見(jiàn)，客車(chē)側翻事故對人員的生命安全構成了很大的危害[3]。客車(chē)側翻事故的發(fā)生，對乘客造成了嚴重的傷害，同時(shí)，在社會(huì )上引起了極壞的影響，由此可見(jiàn)，對客車(chē)側翻預警和防側翻的研究是非常有必要的。

　　客車(chē)側翻事故的發(fā)生受到多方面的因素影響，根據研究表明，40%左右的側翻事故是可以避免的，例如：駕駛員疲勞駕駛、駕駛員精力不集中或者是雨雪天氣等這些因素造成的側翻事故是可以避免的。為了盡量減少這 40%事故的發(fā)生以保障乘客的安全，開(kāi)發(fā)側翻預警和防側翻系統顯得尤為必要。

　　目前國內外很多研究機構對側翻的研究重點(diǎn)放在研究靜態(tài)側翻方面，對動(dòng)態(tài)側翻的研究相對較少[4]。汽車(chē)在高速行駛或者極限工況下發(fā)生的側翻比較普遍。汽車(chē)動(dòng)態(tài)行駛時(shí)發(fā)生的側翻可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是絆倒型側翻，因碰到路緣或者障礙物而導致汽車(chē)發(fā)生的側翻，汽車(chē)發(fā)生此類(lèi)側翻的過(guò)程比較難以用數學(xué)模型表示，目前對汽車(chē)在運動(dòng)過(guò)程中遇到障礙物而發(fā)生側翻的研究不是很深入；另一類(lèi)側翻是非絆倒型側翻，汽車(chē)在高速行駛或者極限工況行駛時(shí)，車(chē)輛的行駛狀態(tài)參數超過(guò)門(mén)限值而使汽車(chē)發(fā)生側翻[5]。

　　傳統的汽車(chē)側翻 預警算法以側傾角等作為判別車(chē)輛側翻的指標。此種方法簡(jiǎn)單，但是不能預測未來(lái)一段時(shí)間汽車(chē)是否發(fā)生側翻。目前，大部分汽車(chē)側翻 預警系統以橫向載荷轉移率作為判別車(chē)輛側翻的門(mén)限值，來(lái)進(jìn)行汽車(chē)的側翻 預警。車(chē)輛側翻預警系統的原理是：利用傳感器獲取車(chē)輛行駛狀態(tài)參數（側傾角、行駛車(chē)度等），傳感器獲取的數據經(jīng)過(guò) A/D 轉換和 Kalman 濾波后傳遞給控制器芯片，側翻預警 算法實(shí)時(shí)計算橫向載荷轉移率的值，一旦超過(guò)汽車(chē)設定的門(mén)限值就進(jìn)行報警[6]。以橫向載荷轉移率（LTR）作為判別指標，能準確的對汽車(chē)即將發(fā)生的側翻進(jìn)行預警，避免汽車(chē)發(fā)生側翻。

建立客車(chē)側翻控制預警系統預防客車(chē)側翻：

TTR 側翻預警示意圖

客車(chē)方向盤(pán)轉角輸入

客車(chē)橫向載荷轉移率

客車(chē) TTR 側翻預警值

各車(chē)輛制動(dòng)力與抗橫擺力矩的關(guān)系曲線(xiàn)

目錄

　　第一章緒論
　　　　1.1 研究的背景及意義
　　　　1.2 汽車(chē)側翻預警研究現狀
　　　　　　1.2.1 國外研究發(fā)展狀況
　　　　　　1.2.2 國內研究發(fā)展狀況
　　　　　　1.2.3 汽車(chē)側翻預警研究的發(fā)展方向
　　　　1.3 汽車(chē)防側翻控制研究現狀
　　　　　　1.3.1 主動(dòng)防側翻研究
　　　　1.4 本文研究的主要內容
　　第二章客車(chē)側翻動(dòng)力學(xué)模型的構建及驗證
　　　　2.1 客車(chē)側翻模型
　　　　　　2.1.1 客車(chē)三自由度側翻模型
　　　　　　2.1.2 輪胎側向力模型
　　　　　　2.1.3 客車(chē)側翻系統微分方程
　　　　　　2.1.4 客車(chē)側翻系統狀態(tài)方程
　　　　2.2 客車(chē)側翻模型的仿真驗證
　　　　　　2.2.1 雙移線(xiàn)工況仿真驗證
　　　　　　2.2.2 魚(yú)鉤轉向工況仿真驗證
　　　　2.3 本章小結
　　第三章客車(chē)側翻穩定性影響因素分析
　　　　3.1 汽車(chē)側翻的產(chǎn)生
　　　　3.2 汽車(chē)側翻的試驗工況
　　　　3.3 汽車(chē)側翻穩定性分析
　　　　　　3.3.1 汽車(chē)側翻穩態(tài)響應
　　　　　　3.3.2 汽車(chē)側翻平衡穩定性
　　　　　　3.3.3 汽車(chē)側翻動(dòng)態(tài)穩定性系數
　　　　　　3.4.4 魚(yú)鉤（Fishhook）仿真試驗工況
　　　　　　3.4.5 雙移線(xiàn)（Double Lane Change）仿真試驗工況
　　　　3.4 本章小結
　　第四章客車(chē)側翻預警系統研究及仿真分析
　　　　4.1 汽車(chē)側翻指標
　　　　　　4.1.1 橫向載荷轉移率(LTR)
　　　　　　4.1.2 側翻預警時(shí)間（TTR
　　　　　　4.1.3 基于 TTR 的側翻預警算法
　　　　　　4.1.4 客車(chē)側翻預警算法仿真分析
　　　　　　4.1.5 預警算法的超實(shí)時(shí)性
　　　　4.2 最大側翻預警時(shí)間的影響參數分析
　　　　4.3 本章小結
　　第五章基于 TTR 預警的客車(chē)防側翻控制系統及仿真分析
　　　　5.1 差動(dòng)制動(dòng)防側翻控制系統
　　　　　　5.1.1 差動(dòng)制動(dòng)防側翻原理
　　　　　　5.1.2 差動(dòng)制動(dòng)制動(dòng)力分配
　　　　5.2 PID 控制
　　　　　　5.2.1 PID 控制原理
　　　　　　5.2.2 PID 控制的局限性
　　　　5.3 模糊 PID 控制
　　　　　　5.3.1 模糊 PID 控制原理
　　　　　　5.3.2 模糊 PID 參數整定原則
　　　　　　5.3.3 模糊 PID 控制器的設計
　　　　5.4 基于預警的模糊 PD 控制算法
　　　　5.5 客車(chē)防側翻控制仿真分析
　　　　　　5.5.1 魚(yú)鉤試驗工況仿真分析
　　　　　　5.5.2 雙移線(xiàn)試驗工況仿真分析
　　　　5.6 本章小結
　　第六章總結與展望
　　　　6.1 全文總結
　　　　6.2 研究展望
　　參考文獻
　　致謝

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