基于TTR预警的重型车辆防侧翻控制算法_于志新

第39卷 增刊2吉林大学学报(工学版)

Vol.39 Sup.22009年9月

Journal o f Jilin U niv ersity (Engineering and T echnolo gy Edition)

S ept.2009

收稿日期:2009 04 25.

基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金项目(200801830030); 863 国家高技术研究发展计划项目

(2006AA 110104).

作者简介:于志新(1975-),男,讲师,博士研究生.研究方向:汽车动态仿真与控制.E mail:ccutyu@ 通信作者:宗长富(1962-),男,教授,博士生导师.研究方向:汽车动态仿真与控制.E mail:cfzong@

基于T T R 预警的重型车辆防侧翻控制算法

于志新1,2,宗长富2,何 磊2,王素文3

(1.长春工业大学机电工程学院,长春130012;2.吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室,长春130022;3.长春理工大学理学院,长春130022)

摘 要:对建立的重型车辆8DOF 与5DOF 实时简化动力学模型进行了比较,优选出了能较好预测未来侧翻危险程度的5DOF 模型,进而研究了基于该模型的实时TT R 侧翻预警算法和基于预警算法的防侧翻LQR 最优主动控制策略。应用差动制动的方法对重型车辆进行了主动侧倾控制,还选取鱼钩等四种转向工况,以Tr uckSim 和M atLab 联合仿真来验证预警算法的精度与可靠性。仿真结果表明,基于差动制动的LQR 控制方法能有效地降低侧翻指标 横向载荷转移率(LT R),避免侧翻的发生,显著提高了重型车辆的侧倾稳定性。关键词:车辆工程;重型车辆;侧翻预警;差动制动

中图分类号:U 469.5 文献标识码:A 文章编号:1671 5497(2009)Sup.2 0251 04

Algorithms of anti rollover control for heavy vehicle based on TTR warning

YU Zhi xin 1,2,ZONG Chang fu 2,H E Lei 2,WANG Su w en 3

(1.School of M echatro nic Eng ineer ing ,Changchun Univ ers ity of T echnolog y ,Changchun 130012,China;2.S tate K ey L abor ator y of A utomotive D y namic S imulation,J ilin Univ er s ity ,Chang chun 130022,China;3.D ep artment of Science,Changchun Univer sity of S cience and T echnology ,Changchun 130022,China)

Abstract:The mo dels of sim plify real tim e dy namic for the heav y v ehicles w as compared,and a 5DOF model of heav y semi trailer w as selected out because it can better predict the future rollover r isk.An algorithm of real time T TR ro llover w arning based on the model and o ptimal activ e control strateg ies fo r anti rollover LQR based on the algo rithm w ere researched.T he heavy v ehicles were active controlled for rollo ver w ith differential braking.Accuracy and reliability of w arning alg orithms w as also verified using Tr uckSim and M atLab Co simulation for fishhook etc.steering situation.The results show this metho d can r educe ro llover perform ance index of Lateral Load T ransfer Ratio effectively and avo id o ccurr ed ro llover and improve the roll stability of heavy vehicles significantly.Key words:vehicle eng ineering;heavy vehicles;ro llover w arning ;differential braking 自上世纪90年代起,美、日、法等国都投入巨资开展针对SU V 和重型车辆的侧翻预警和控制的研究,主要应用基于侧向加速度、侧倾角及横向载荷转移率(LT R Lateral Load Transfer Ratio)

门限值的警示算法。车辆防侧翻控制系统主要应用主动悬架、主动横向稳定器和差动制动等来抑制车身侧倾的趋势,减少侧翻事故的发生[1 4]。

我国在汽车预防侧翻主动安全控制方面还处

吉林大学学报(工学版)第39卷

于起步阶段。吉林大学、南京航空航天大学等科

研机构针对重型半挂车侧倾稳定性问题,通过建

立车辆侧翻模型对质心侧偏角和横摆角速度进行

联合控制,并应用主动悬架和主动横向稳定器等

方法对防侧翻控制系统进行了仿真验证[5 6]。

本文提出了一种基于模型的侧翻时间(TT R

Time To Ro llover)预警算法来判断车辆接近侧

翻的程度,再结合预警参考模型预测出车辆侧翻

发生时间以提高汽车主动安全性。并对应用线性

二次型状态调节器(LQR Linear Quadratic

Regulato r)控制算法获取最优附加横摆力矩,采

取差动制动精确控制相应制动车轮,降低侧翻危

险。

1 侧翻预警算法

TT R是指车辆以当前时刻运行到一侧车轮

离地时所需的时间。因为车轮离地是车辆侧翻事

故即将发生的信号。侧翻发生后,真实的T TR

可以反推求出。如图1所示,一旦车辆侧倾角超

过设定的临界值,就可以从侧翻时刻起沿着

TT R 时间曲线中一条斜率为-1的直线进行反

推并定义事故发生前一个0.2s的时刻使其有0.

2s的 真实TT R 。如果能实时预测重构T TR,

就可以精确描述和报告车辆侧翻的危险程度[7]

。

图1 TTR概念示意图

Fig.1 Schematic diagram of TTR concept

本文应用吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室建立的重型半挂车8DOF及简化5DOF模型做为预警参考模型来研究侧翻预警算法[5]。

TT R预警算法是以侧翻模型来预测真实车辆状态参数的响应,以当前状态为初始值,步长为T s来计算模型的侧翻指标。侧翻指标选取基于模型的LT R(-1~+1之间),其绝对值为1则说明车辆开始侧翻。预设侧翻预警门限值为X秒,当侧翻指标第一次满足侧翻条件时记下计算步数N

,得到预警时间T TR=N T s。若X秒内侧翻指标不满足侧翻条件则停止计算,设置侧翻预测时间为X s,即未来X s内不会侧翻;小于门限值则认为存在侧翻风险。TT R值越小则汽车侧翻风险越高,T T R为0即说明汽车正在侧翻。侧翻预警算法流程如图2所示。

图2 侧翻预警算法流程图

Fig.2 Flow chart of anti rollover warning algorithm

2 重型车辆侧翻预警联合仿真

由于重型半挂车更容易侧翻,所以对其预警就尤为重要。本文应用Tr uckSim对5DOF、8DOF车辆预警模型分别在四种(斜坡、阶跃、避障和鱼钩)转向工况下进行60~80km/h车速的侧翻预警仿真。限于篇幅,本文以图3、图4为例进行鱼钩转向工况70km/h车速时的T TR预警和LTR对比结果说明。

图3 70km/h时TTR预警对比

Fig.3 C omparison of TTR warning at70km/h

由对比曲线可知,5DOF和8DOF模型在TT R门限值为3s时的预测效果较好,准确度都很高。再由此5DOF预警模型与T ruckSim模拟

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