[发明专利]一种基于控制力矩陀螺的铰接车辆主动安全控制系统

说明书

本发明涉及一种基于控制力矩陀螺的铰接车辆主动安全控制系统，包括：车辆数据采集部分，用于采集铰接车辆前后车身姿态参数、运动参数的传感器、用于测量转向角的编码器、用于车辆测速的编码器；数据处理与控制输出部分，建立的车辆动力学模型简化选取四个自由度：整车的侧向位移、前车体的横摆角速度、后车体的横摆角速度、整车的侧倾角，微处理器以整车模型为基础，对传感器数据进行处理，估计状态参数输出控制信号；控制力矩陀螺平衡机构，由两个纵向布置的单框架控制力矩陀螺作为执行机构，两个单框架控制力矩陀螺机构的摆动角速度大小相等，方向相反，平衡力矩相互叠加，而与平衡力矩方向相垂直的干扰力矩，方向相反，相互抵消。

技术领域

本发明涉及工程车辆主动安全控制领域，尤其涉及一种基于控制力矩陀螺的铰接车辆主动安全控制系统。

背景技术

国内自改革开放以来，开展了大范围的基础设施建设，涵盖航空、铁路、港口、公共设施、商业设施等各个方面。在此背景下，工程车辆的数量与日俱增，中国成为了工程车辆的制造与使用大国，工程车辆作业过程中的安全和管理问题也变得愈加重要。

铰接车辆具有以下特性：(1)具有铰接转向机构，转向半径小。(2)具有摆动后桥机构(3)车身与底盘无悬架刚性连接。

铰接转向工程车辆的以上特点降低了其稳定性，摆动后桥机构使铰接转向工程在作业过程中易受地形地貌突变影响，产生摆振，降低车辆的侧向稳定性。同时，铰接转向工程车辆在作业时，由于工作装置的举升和前后车架的扭转，会使铰接转向工程车辆重心产生较大变化。Robert M.Clarke对美国的各种工程车辆事故统计数据进行分析发现，侧倾翻事故占总事故的56.7％。

由于铰接转向工程车辆大多用在施工现场，受众群体较低，所以，目前关于铰接转向工程车辆的失稳机理及主动安全控制方面的研究成果较少，对车辆侧倾稳定性的研究主要集中在以乘用车和重型货车为代表的公路车辆上面。

20世纪70年代，Gibson等人研究了四轮驱动的铰接式车辆在斜坡上低速行驶的稳定性能。他们以车辆两个后轮的接地点及前轴销位置为参考点，定义了车辆的三角稳定区域。基于这一失稳指标，计算出车辆在斜坡转向过程中，不同转向角的情况下车辆发生侧翻的最小斜坡角度，并将其定义为最低稳定点。密西根大学的Bo-Chiuan Chen提出一套基于倾翻时间的动态倾翻预警算法，可以动态地记录下从当前时刻到倾翻发生时刻的预测时间。

目前的铰接转向工程车辆主动安全控制系统都不包含附加的主动防侧翻执行机构，铰接车辆的安全控制方式目前包括半主动悬架控制、主动悬架控制、主动转向控制、差动制动控制、悬架与转向联合控制摆动桥控制等。

发明内容

本发明索要姐姐的主要技术问题是提供一种基于控制力矩陀螺的铰接车辆主动安全控制系统，结合了预警算法与力矩控制陀螺，控制响应迅速、控制力矩大，极大地增强了铰接轮式装载车辆在临界失稳状态下的可控性。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种基于控制力矩陀螺的铰接车辆主动安全控制系统，所述铰接车辆分为前车体、后车体和后桥；所述主动安全控制系统包括：

车辆数据采集部分，包括用于采集前车体和后车体的姿态参数、运动参数的传感器、用于测量前车体和后车体铰接处转向角的传感器、用于车辆测速的传感器；

数据处理与控制输出部分，其中的微处理器选取四个自由度，建立系统的运动微分方程，并以车辆数据采集部分收集的数据做为运动微分方程的输入，建立LMI状态反馈鲁棒控制器；所述四个自由度为：整车的侧向位移y、前车体的横摆角速度、后车体的横摆角速度、整车的侧倾角

控制力矩陀螺平衡机构，由两个纵向布置的单框架控制力矩陀螺机构作为执行机构，两个单框架控制力矩陀螺机构的陀螺转子转速相等、方向相反，框架摆动角速度大小相等、方向相反，平衡力矩相互叠加，而与平衡力矩方向相垂直的干扰力矩，方向相反，相互抵消；