（计算机应用技术专业论文）重型卡车防翻侧控制电路和控制软件的研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt og u a n g d o n g u n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g yf o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n gs c i e n c e r e s e a r c ho nc o n t r o lc i r c u i ta n dc o n t r o ls o f t w a r eo f h e a v y - d u t yt r u c ka n t i - - o v e r t u r n i n g m a s t e r c a n d i d a t e ：z h a n gr u i s u p e r v i s o r ：p r o f - y uy o n g q u a n m a y2 0 1 0 s c h o o lo fc o m p u t e r g u a n g d o n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y g u a n g z h o u ，g u a n g d o n g ，pr c h i n a 。5 10 0 9 0 摘要 摘要 随着经济的发展，重型卡车的使用率越来越高，随之而来的，安全隐患事故也不 断发生，给人们的生产，生活安全带来了威胁，其安全性也越来越受到人们的重视。 如何防止重型卡车翻侧已经成为汽车研究发展的重要部分。重型汽车的安全性与汽车 的结构，载货重量，路面情况，以及车速，驾驶员的驾驶技术等都有着密切的联系。 但目前，重型卡车的高事故率却是和汽车的超载，汽车的速度，转弯半径等因素相关。 本文的研究j 下是针对这种情况展开的研究。 本文详细阐述了重型卡车防翻侧控制电路和控制软件的研究，对其组成部分进行 了详细的分析和设计，对于控制电路主要是采用了s t c 芯片，使其能模拟并采集重型 卡车的油门，方向和刹车三个信息量，并能对这些信息量进行处理。同时为了能够为 汽车防翻侧理论提供一个测试平台，检验其是否真的行之有效，设计了仿真测试平台， 能在p c 机上模拟出卡车运行的状态，生成相应的参数曲线，为防翻侧理论的研究提供 一定的参数依据，同时为检验防翻侧理论提供一个友好平台。 本文第二章运用汽车动力学对重型卡车的模型进行了分析，为硬件电路和测试平 台的设计奠定了基础，第三章叙述了重型卡车防翻侧控制电路的设计和实现，第四章 则是论述了重型卡车防翻侧控制软件的设计和实现。任何防翻侧控制策略的诞生都要 经过多次试验。通过对数据进行分析，多次调整检验策略，才能使防翻侧控制策略日 渐成熟，最终变成一个可以实践的理论。而如果多次真车试验，无疑增加了研究成本， 同时有较高的危险性。鉴于这些情况，通过软件模拟成为目前最为流行的一种试验方 式，因此本文在第五章论述了重型卡车防翻侧测试平台的实现。由于防翻侧测试平台 是基于o p e n g l 和v c 开发的，界面友好，方便对重型卡车运动的模拟，可以完成对 防翻侧理论的测试。 经过本文的初步研究，完成了重型卡车防翻侧控制电路和控制软件的初步实现， 为下一步研究工作奠定了基础。但本研究目前还比较粗糙，由于时间，条件和能力的 种种限制，存在很多有待完善的地方。 关键词：重型卡车；汽车运动方程；防翻侧 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t he c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，i n c r e a s i n gt h eu t i l i z a t i o nr a t eo fh e a v y - d u t yt r u c k ，s e c u r i t y r i s k sh a v ea l s ob e e nat h r e a tt o p e o p l e sp r o d u c t i o na n d l i f e s e c u r i t y t h e i rs a f e t y p e r f o r m a n c eb e c o m e sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t ，a t t r a c t i n gt h ea t t e n t i o no fp e o p l e h o wt o p r e v e n th e a v yt r u c k sr o l lh a sb e c o m ea ni m p o r t a n tp a r to fa u t o m o b i l er e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t h e a v yv e h i c l es a f e t ya n dv e h i c l es t r u c t u r e ，c a r g ow e i g h t ，m a dc o n d i t i o n s , a s w e l la ss p e e d ，d r i v e r sd r i v i n gs k i l l sa r ea l lc l o s e l yr e l a t e d b u tn o w , t h eh i g ha c c i d e n tr a t e f o rh e a v yt r u c k sa n dc a r sr e a l l yo v e r l o a d i n g , v e h i c l es p e e d ，t u r n i n gr a d i u sa n dr e l e v a n t f a c t o r s t h i sr e s e a r c hw a su n d e r t a k e nf o rt h i sp u r p o s e t h i sp a p e rd e s c r i b e st h ea n t i h e a v y - d u t yt r u c ko v e r t u r n e dc o n t r o lc i r c u i ta n dc o n t r o l s o f t w a r e m a k ead e t a i lr e s e a r c ho ni t sc o m p o s i t i o n t h ec o n t r o lc i r c u i ti sm a i n l ym a d eb y s t cc h i p ，s ot h a ti tc 觚c o l l e c tt h r e et h ea m o u n to fi n f o r m a t i o n , s u c ha sh e a v yt r u c ks p e e d ， d i r e c t i o na n db r a k e ，a n dp r o c e s st h e s ea m o u n to fi n f o r m a t i o nt o m e a n w h i l e ，av e h i c l e a n t i - r o l l o v e rt e s tp l a t f o r mw a sp r o v i d e df o rt h e o r i e sc a nb et e s t e d t h es i m u l a t i o nt e s t p l a t f o r m , a b l et os i m u l a t et h ep c ，r u nt h es t a t et r u c k st og e n e r a t et h ec o r r e s p o n d i n g p a r a m e t e rc u r v ef o rt h ea n t i - r o l l o v e rt h e o r e t i c a lr e s e a r c ht op r o v i d ec e r t a i np a r a m e t e r sf o r t h es 撇t i m e ，t ot e s tt h et h e o r yo fa n t i - r o u o v e r i nc h a p t e r2 ，t h em o d e lo f h e a v y - d u t yt r u c ki sa n a l y z e db ya u t od y n a m i c s ，h a r d w a r e a n dt e s t p l a t f o r mf o r t h ed e s i g no ft h ef o u n d a t i o n , i nc h a p t e r3 ，h e a v y - d u t yt r u c k a n t i - o v e r t u r n i n gc o n t r o lc i r c u i td e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fc h a p t e r4i sd i s c u s s e dt h e a n t i h e a v y - d u t yt r u c ko v e r t u r n e d c o n t r o ls o f t w a r ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n a n y a n t i o v e r t u r n i n gc o n t r o ls t r a t e g yi sb o r na f t e rm a n yt e s t s t h r o u g hd a t aa n a l y s i s ，t e s ts t r a t e g y a d j u s t e ds e v e r a lt i m e st om a k ea n t i - o v e r t u r n i n gc o n t r o ls t r a t e g yi sm a t u r i n gi n t oa l lu l t i m a t e t h e o r yo f p r a c t i c e i fs e v e r a lr e a lc a rt e s t ，n od o u b ti n c r e a s e dr e s e a r c hc o s t sa n dah i g h e rr i s k i nv i e wo ft h e s e ，b ys o f t w a r es i m u l a t i o na sa ne x p e r i m e n ta tp r e s e n tt h em o s tp o p u l a rw a y , s ot h i sc h a p t e rd i s c u s s e st h ea n t i - h e a v y - d u t yt r u c ko v e r t u r n e dt e s tp l a t f o r mi m p l e m e n t a t i o n a st h ea n t i - o v e r t u r n i n gt e s tp l a t f o r mi sb a s e do no p e n g la n dv c + + ，a n du s e r - f r i e n d l y , e a s yo nt h eo v e r t u r n i n go f t h et e s t a f t e rt h i sp r e l i m i n a r ys t u d y , ah e a v y - d u t yt r u c ka n t i r o l l o v e rc o n t r o lc i r c u i ta n d c o n t r o ls o , w a r ei sc o m p l e t e d ，t h ei n i t i a la c h i e v e m e n to ft h er e s e a r c hl a i dt h ef o u n d a t i o nf o r t h en e x ts t e p h o w e v e r ，t h i sr e s e a r c hi ss t i l lr e l a t i v e l yr o u g h , b e c a u s eo ft h et i m e ，c o n d i t i o n s 广东工业大学硕士学位论文 a n dl i m i t e dc a p a c i t y t h e r ea r em a n y p l a c e st ob ei m p r o v e d k e y w o r d s ：h e a v y - d u t yt r u c k s ；v e h i c l ee q u a t i o n so f m o t i o n , a n t i - r o l l o v e r i v 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 目录v c o n t e n t s v i i 第一章绪论1 1 1 重型卡车翻侧现状及状定义l 1 2 重型卡车翻侧事故的危害2 1 3 重型卡车翻侧的原因分析3 1 3 1 动态部分3 1 3 2 汽车因素4 1 4 汽车翻侧的研究现状6 1 4 1 研究方法6 1 4 2 国外的研究状况6 1 4 3 国内研究状况6 1 5 本课题研究的意义7 1 6 课题内容7 第二章重型卡车模型的分析9 2 1 汽车理论10 2 2 汽车转弯动力学分析l0 第三章重型卡车防翻侧硬件控制电路18 3 1 硬件电路的总体设计2 0 3 1 1 硬件电路输入部分21 3 1 2 硬件电路输出部分2 2 v 广东工业大学硕士学位论文 3 2 硬件电路的分析和实现2 2 3 2 1 主芯片的选择2 2 3 2 2a d 芯片的选择2 4 3 2 3 稳压芯片2 7 3 2 4 步进电机2 9 第四章重型卡车防翻侧控制软件3 6 4 1 控制软件的总体设计3 6 4 2 主控芯片的初始化3 6 4 3a d 芯片的采样一4 0 第五章重型卡车防翻侧测试平台4 3 5 1 软件开发平台的选择4 3 5 2 测试平台总体结构和功能4 4 5 3 测试平台的设计与实现4 5 5 3 1 测试平台主界面4 6 5 3 23 d 虚拟模块4 7 5 3 3 数据处理模块4 7 5 3 4p c 机与嵌入式的同步4 8 5 3 5 编译器模块4 9 5 4 实验仿真4 9 结论与展望5 3 参考文献5 5 攻读学位期间发表的论文5 9 独创性声明6 0 致谢6 l v i c o n t e n t s c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) i a b s t r a c t i i i c o n t e n t s ( c h i n e s e ) v c o n t e n t s v i i c h a p t e r ii n t r o d u c t i o n 1 1 1t h ed e f i n i t i o na n ds t a t u so f h e a v y - d u t yt r u c k sr o l l 。l 1 2h e a v yt r u c kr o l l o v e rh a z a r d s 2 1 3c a u s e so fh e a v yt r u c kr o h o v e r 3 1 3 1d y n a m i cp a r 3 1 3 2a u t o s 4 1 4v r e h i c l er o l l o v e rr e s e a r c h 6 1 4 1r e s e a r c hm e t h o d s 6 1 4 2s t a t u so f a b o a r dr e s e a r c h 6 1 4 3s t a t u so f d o m e s t i cr e s e a r c h 6 1 5t h es i g n i f i c a n c eo f t h er e s e a r c h 7 1 6s u b j e c tc o n t e n t 7 c h a p t e ri io f h e a v yt r u c km o d e l 9 2 1a u t o m o t i v et h e o r y 10 2 2k i n e t i ca n a l y s i so f v e h i c l ei nc o r n e r i n g 1 0 c h a p t e ri i ia n t i h e a v y - d u t yt r u c ko v e r t u r n e dh a r d w a r ec o n t r o lc i r c u i t 19 3 1t 1 l e o v e r a l ld e s i g no f h a r d w a r ec i r c u i t 2 2 3 1 1e n t e rp a r to f t h eh a r d w a r e 2 3 3 1 2h a r d w a r eo u t p u ts e c t i o n 2 4 3 2a n a l y s i sa n di m p l e m e n t a t i o no f h a r d w a r ec i r c u i t 2 4 3 2 1t h ec h o i c eo f t h em a i nc h i p 2 4 ： 2 2a dc h i ps e l e c t 2 6 ：；2 3r e g u l a t o rc h i p 2 9 v i i 广东工业大学硕士学位论文 3 2 4s t e p p i n gm o t o r 31 c h a p t e rf o u rh e a v y - d u t yt r u c ka n t i - r o l l o v e rc o n t r o ls o f t w a r e 3 8 4 1c o n t r o ls o f t w a r ed e s i g n 3 8 4 2i n i t i a l i z a t i o no f t h em a s t e re h i p 3 8 4 3a dc h i ps a m p l i n g 4 2 c h a p t e rvh e a v y d u t yt r u c ka n t i - r o l l o v e rt e s tp l a t f o r m 4 5 5 1s o f t w a r ed e v e l o p m e n tp l a t f o r mo fc h o i c e 一4 5 5 2t h eo v e r a l ls t r u c t u r ea n df u n c t i o no f t e s tp l a t f o r m 。4 6 5 3t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f t e s tp l a t f o r m 4 7 5 3 1t h em a i ni n t e r f a c et e s tp l a t f o r m 4 8 5 3 23 dv i r t u a lm o ( 1 u l e ? 4 9 5 3 3d a t am a n a g e m e n tm o d u l e 4 9 5 3 4p c ，a n de m b e d d e ds y n c h r o n i z a t i o n 5 0 5 3 5c o m p i l e rm o d u l e s 5 1 5 4e x p e r i m e n t a ls i m u l m i o n 5 1 c o n c l u s i o n 5 5 r e f e r e n c e s ，5 8 p a p e r sp u b l i s h e dd u r i n gs t u d yp e r i o d 。6 2 s t a t e m e n t 6 3 a c k n o w l e d g e m e n t s 6 4 v i i i 第一章绪论 第一章绪论 1 1 重型卡车翻侧现状及状定义 截至2 0 0 2 年底，全国公路总里程己经达到1 0 5 8 万公里，高速公路已经位居世界 第二，达到2 5 2 万公里，仅次于美国；2 0 0 2 年全年的公路总投资超过了3 0 0 0 亿元人 民币，是9 年前的4 倍。加之近年来我国不断加大基础设施建设和实施西部大开发战 略，都给重型汽车提供了广阔的平台。我国的重型卡车产销量从1 9 9 7 年到2 0 0 1 年， 平均每年以4 6 9 的速度增长，呈高速发展趋势。其中，重型卡车的产销量分别为2 5 8 2 万辆和2 4 5 4 万辆，同比分别增长6 0 。截至2 0 0 3 年7 月份国内中型卡车生产1 6 0 8 8 3 辆，销售1 5 6 9 7 6 辆，近几年来，我国的重型汽车增长非常快，每年都以百分之三十以 上的速度高速增长，据中国汽车工业信息中心统计的数字，重卡的销量，2 0 0 5 年是2 3 6 万辆，2 0 0 6 年3 0 7 万辆，2 0 0 7 年4 8 7 万辆，近年虽然受到国际市场出口国进口门槛 提高、全球性金融危机和国内市场的影响，但国内重卡的总量仍然很大，中国汽车工 业协会报告证明：近两年，我国中型、轻型卡车有不同程度的下降，而重型卡车却以 较快的速度在增长。目前中国大吨位的商用车市场需求己分别超过欧洲和北美自由贸 易区，预计将在2 0 1 0 年达到1 0 0 万辆。 近几年来，重型汽车因其迅猛增长趋势，成为我国汽车市场的新亮点。自1 9 9 9 年，我国重型汽车的产销量迅速增加，至2 0 0 4 年底，产销量己突破3 7 万辆大关，实 现了历史性的重大突破。随着汽车工业的不断发展，行驶的安全性越来越多地受到关 注。安全气囊，汽车防抱死系统等安全措施广泛应用，对降低汽车碰撞及制动时事故 率有显著效果。但翻侧一直未被重视。根据美国公路安全局的统计数据表明，在所有 交通事故中，汽车翻侧事故的危害程度仅次于汽车碰撞事故。汽车翻侧事故带来的损 失非常之大，统计数据表明，在欧洲和北美造成人员伤亡的事故中翻侧事故占2 0 以 上【i 】o 而在我国，近几十年来，经济飞速增长，随着经济建设的需要，已经国家对对基 础设施建设力度的加大，公路建设投资逐年增加，高速公路也得到了很大的发展。同 时，随着物流产业更加成熟和完善，重型汽车的应用范围也越来越广。 虽然高速公路的质量逐年提高，加之国家对重型汽车的载重严格的审查，但重型 广东工业大学硕士学位论文 汽车的事故仍然频频发生，其中较为严重的是翻侧事故。 所谓翻侧，是指汽车在形式过程中绕其纵轴转动9 0 度或更大的角度，以致车身与 地面接触的一种及其危险的翻侧运动。 引起汽车翻侧的原因有两种，一种是由于与路面上的障碍物侧向撞击将其“绊倒 引起的绊倒翻侧，另一种是曲线运动是横向加速度过大引起的翻侧。 通过建立车辆翻侧模型，建立状态空间方程式，进行车辆平面运动和侧倾运动的 分析，车辆质心侧偏角、横摆角速度和车身侧倾角具有耦合关系，车辆的装载量、悬 架参数特性和轮胎特性影响车辆平面和侧倾运动的相互作用，车辆前、后轮的侧倾转 向进一步增强了侧偏角和横摆角速度对侧倾角的影响。通过对车辆平面运动的控制， 可增强车辆的不足转向特性，降低车身的侧倾运动，改善车辆的操纵稳定性【2 1 。 影响汽车翻侧的因素通常可分为两大类【3 】：一是质心、轮距、悬架和轮胎特性等 与汽车设计参数有关的静态因素；二是司机的转向模式、道路表面的形状及附着系数、 汽车承载形式、路面上有无障碍等随汽车行驶而异的因素。 1 2 重型卡车翻侧事故的危害 汽车翻侧，是导致生命财产严重损失的重大交通事故。近年来的数据显示，翻侧 事故已经成为仅次子正面碰撞的严重行车事故。 汽车翻侧是一种常见的交通事故。其主要原因是离心力的作用使得汽车失去了行 驶稳定性，例如汽车在弯道上超速行驶、高速变线行驶、在不同附着状态的路面上制 动或者突然出现强侧向作用力等。在上述运行状态下，如果汽车的质心位置比较高， 即使轮胎未达到动力学的极限附着状态，汽车也可能发生翻侧事故 4 1 。 美国国家公路交通安全局统计，1 9 9 2 年至2 0 0 0 年间，每年至少发生2 0 0 ，0 0 0 翻 侧事故，包括重型货车，汽车列车，轻型皮卡，而且这个数字在逐年上升。随着汽车 的广泛使用，事故中客车，轻型皮卡，重型货车的死亡人数由1 9 9 8 年的9 7 7 1 例上升 到2 0 0 0 年的1 0 8 5 7 例，其伤亡人数的上升比例基本上与运动型多功能车和轻型皮卡的 上升比例相同。汽车翻侧已经成为全世界瞩目的安全问题。因此，汽车的翻侧稳定性 越来越受到人们的重视。 2 第一章绪论 1 3 重型卡车翻侧的原因分析 影响重型汽车翻侧稳定性的因素可分为两大类：( 1 ) 与汽车设计参数有关的静态 部分，如汽车质心高度，轮距，悬架和轮胎特性等；( 2 ) 与因汽车行驶而异有关的动 态部分，如侧向加速度，车速，道路几何形状和驾驶员操作等【5 1 。 在分析翻侧的因素之前，首先引入一个表征汽车翻侧的物理量翻侧阈值。当 汽车转向行驶时，随着车速的提高，内侧车轮的垂直载荷由弯道内侧向外侧转移，直 至内侧车轮上的垂直载荷为零，汽车发生翻侧，定义此时的侧向加速度为汽车翻侧阈 值，并用单位重力加速度g 来表示。 1 3 1 动态部分 l 司机的操作 在道路交通系统中，驾驶员虽是影响道路交通安全的最活跃因素，司机的危险操 作例如超速行驶，酒后驾驶，疲劳驾驶都是造成事事故发生的重要因素。另外，超速 行驶对汽车发生的翻侧事故造成的危险更大。 司机的操作是一项随机的，难以预测的因素。这些因素包括司机自身的原因，也 包括道路，光线的原因等等。 但就驾驶过程而言，驾驶员的任何行为时时刻刻都受车辆、道路因素的作用与约 束。汽车行驶过程表明：当车辆因素一定时，道路因素对汽车的安全行驶具有重要作 用。 2 道路因素 曲线是高等级公路中的重要线形。曲线( 各种不同半径的平曲线、竖曲线) 及其 组合的多样性使曲线对交通安全的影响较复杂。国内高等级公路事故统计资料表明， 一些不易引起驾驶员警觉的弯道路段发生的事故往往比直线路段多。 1 ) 平曲线( 弯道) 。平曲线路段与交通安全紧密相关的因素有最小平曲线半径、 超高和视距。调查表明，高等级公路平曲线路段的事故率与平曲线半径大小有关。侧 翻事故多为驾驶员在转弯之初未能及时降低车辆速度，引起车辆行驶状态突变所致。 此外，小平曲线半径可能使汽车在运行中出现视距不足。 2 ) 竖曲线。竖曲线路段与交通安全紧密相关的因素有变坡点处曲率与坡长、视 距。 汽车翻侧通常可以分为两大类：一类是汽车行驶时产生侧向滑移，与路面上的障 3 广东工业大学硕士学位论文 碍物侧向撞击而将其“绊倒 ，这种想象称之为“绊倒翻侧”；另一类为“曲线引起 的翻侧 ，它指汽车在弯道或高速变道行驶时，由于侧向加速度超过一定限值，使得 汽车转向内侧车轮的垂直反力为零而引起的翻侧。这是本文研究的重点。 3 汽车承载类型 重型货车容易发生翻侧，而其中的汽车列车与两轴汽车的差别也很大。一般来说， 汽车列车由于操纵困难，翻侧发生的几率会更大。对于运动型多功能车，翻侧也是影 响其行车安全的一个重要问题。 4 汽车等级与装备 汽车的装备不完善也是诱发汽车翻侧的原因之一。例如，5 6 的事故中发现有制 动性能的损坏。制动性能降低，司机在遇到突发情况时不能及时制动，可能会采取紧 急避让等手段，这样就加重了翻侧的危险性。另外，车辆的报废年限，装备的生产厂 家等对翻侧有不同程度的影响。 5 天气状况与光线的影响 天气状况与光线强弱可以影响到轮胎特性，制动性能及司机的操作情况。比如雾 天，因视距短，能见度低，有时路面因雾水造成路面湿滑，制动性能降低，车辆易侧 滑。 根据实际的天气与行车情况，天气状况可分为“正常 ，“下雨，“冰雹 ， “有雾 ，“下雪 ，“雨加雾，“雨加雪 及“其他状况 等，其他状况则包括 有烟，路上有沙粒，尘土或者其他路面情况等。 光线条件包括“白天 ，“强光灯，“黎明，“黄昏 ，“街灯 ，“黑夜 世 守0 6 其他因素 汽车在碰撞过程中常常发生翻侧。 1 3 2 汽车因素 汽车因素是本课题研究的重点，影响翻侧的汽车因素主要包括质心高度，轮距， 悬架和轮胎特性等。 l 质心高度 质心高度与翻侧阈值不成线性关系，但在简化分析中可认为成近似线性关系。通 常汽车质心没增加2 5 0 m m ，翻侧阈值下降约o 0 5 9 。根据美国的调查显示，汽车翻侧事 4 第一章绪论 故将随翻侧阈值的增大而减小。研究发现，翻侧阈值在0 1 9 左右的汽车中，如果其翻 侧阈值加到0 4 o 7 9 ，翻侧事故的发生率会减少5 0 。翻侧阈值为o 5 的汽车翻侧事故 平均发生率为每百万千米0 1 6 起，但翻侧阈值为o 6 9 的汽车为每百万千米0 0 7 起，降 低了5 6 3 。因此，质心高度的降低可以明显增大汽车的翻侧稳定性。 2 轮距 车轮在车辆支承平面( 一般就是地面) 上留下的轨迹的中心线之间的距离。如果车 轴的两端是双车轮时，轮距是双车轮两个中心平面之问的距离。 汽车的轮距有前轮距和后轮距之分，前轮距是前面两个轮中心平面之间的距离， 后轮距是后面两个轮中心平面之间的距离，两者可以相同，也可以有所差别。 一般来说，轮距越宽，驾驶舒适性越高，但是有些国产轿车没有方向助力的，如 果前轮距过宽其方向盘就会很“重 ，影响驾驶的舒适性。 此外，轮距还对汽车的总宽、总重、横向稳定性和安全性有影响。轮距的增加可 以使汽车的翻侧阈值增大，有利于提高汽车的翻侧稳定性。 3 悬架特性 悬挂系统就是指由车身与轮胎间的弹簧和避震器组成整个支持系统。悬架按结构 特点可分为独立悬架和非独立悬架两大类。 非独立悬架是通过一根车轴将左右车轮连成一个整体，然后通过两个悬架弹簧将 这个整体车轴同车架或车身相连。 非独立悬架多用于货车和公共汽车的前轮和后轮，乘用车从舒适性和高速行车的 稳定性需要出发，多用于后轮，而前轮一般不采用。 当汽车的质心高度和轮距一定时，汽车的悬架系统结构和参数会对侧倾稳定性起 非常重要的作用。 4 轮胎特性 轮胎是影响汽车翻侧的重要因素之一。轮胎是汽车与地面直接接触的直接实体， 它承受汽车的垂直载荷，产生侧向，纵向力。通过轮胎可以使车轮和路面有良好的附 着，是汽车加速，制动和转向的重要载体。其侧偏刚度，轮胎与地面的附着系数，车 轮的垂直载荷，气压，胎面磨损等对汽车的翻侧稳定性都有直接影响。 广东工业大学硕士学位论文 1 4 汽车翻侧的研究现状 1 4 1 研究方法 汽车的翻侧是一个情况复杂的多种因素综合作用的过程。 从理论上分析，通常要忽略很多因素，很难真实的反映汽车侧倾过程，而翻侧的 实验需要的专业设备，存在着费用高，危险性大等缺点。因此，计算机模拟为汽车侧 倾过程的研究提供了有效的方法和手段。通过对汽车翻侧的模拟，可实现对汽车结构， 运动参数及环境因素等对汽车侧倾产生影响的多种因素的研究，从而提出可靠的防翻 侧方法，提高汽车的抗翻侧性能。 从试验上分析，可按静态或动态两种方式来进行。静态分析是指用特制的汽车翻 侧试验台，通过测试侧倾试验台的侧倾角度等参数来分析汽车的侧倾过程，常用这种 方法来估计汽车的翻侧阈值。动态分析要求汽车以不同的车速作稳态圆周运动或变道 行驶过程中进行，需要专用的试验场，而且具有较大的危险性，同时存在着成本较高 的窘况，在现有情况下较难实现。 1 4 2 国外的研究状况 国际上对于重型卡车翻侧动力学，无论从静态，准静态和动态的计算机模拟，还 是到大型汽车侧倾试验台的试验验证，都有着非常深入的研究。 近年来，美国，加拿大，应该和日本等国和国内诸多学者为车辆防翻侧理论和实 践的研究做出来重要贡献，在车辆翻侧报警，预防和车辆翻侧试验装置的研究上已经 取得了很多成就。 1 4 3 国内研究状况 我国目前专门针对汽车翻侧进行的研究很少，对汽车翻侧稳定性进行试验验证的 专用的试验场也很少。因此，我国对翻侧稳定性的研究尤其是翻侧，在理论上尚属于 初级阶段。 我国近年来也生产建造了一些侧倾试验台装置，如上海消防科学研究所和上海交 通大学联合研制的消防车静态稳定性试验装置与武汉理工大学的翻侧试验台就是其中 之一f 6 】。侧倾试验的基本原理是，车辆随侧倾试验平台一起翻侧，直至车辆高侧端轮胎 刚刚脱离台面是为止，此时车辆侧倾角的j 下切值就称为侧倾比例系数，用来衡量汽车 的侧倾稳定性。在理论上，其利用现有的装置上的质量传感器的读数加之相关的几何 6 第一章绪论 参数，通过试验台上的受力分析，计算机出当高侧法向力为零时的侧倾角，即为该车 辆的最大侧倾稳定角 7 1 。 1 5 本课题研究的意义 重型汽车是至关重要的运输工具，对我国社会经济建设和民生建设做出了重要贡 献，其质量也直接关系到驾驶人员的直接人身安全，以及人民生命和国家财产的安全。 重型汽车翻侧事故率虽然不是很高，但一旦发生，乘员死亡率比较高，而且对周 围环境，和过往行人造成很大伤害。这说明进行此类研究的重要性。 自上世纪九十年代以来，为保持汽车的稳定性和路径跟踪能力，国内外学者对车 辆动力学控制做了大量研究，但仅限于控制汽车的侧向和横摆运动，并在乘用车上得 到了应用。近年来，货车和客车翻侧事故增多，减小车辆侧向加速度和侧倾角度，防 止汽车翻侧成为当今车辆动力学控制研究的热门课题。 ( 1 )增强汽车的翻侧稳定性，减少翻侧事故的发生。 汽车翻侧事故会导致极大的损失，其中包括人员伤亡，财产损失，以及事故对道 路桥梁等公共设施的破坏，而且造成环境的严重污染，产生更为严重的经济后果。 我国对于汽车翻侧方面的研究目前还需要进一步深入。只靠侧倾试验台测定汽车 最大侧倾角远远不够，应设计防翻侧控制系统，使其能达到汽车的翻侧稳定性指标， 增强汽车行驶安全性。在行驶中尤其是紧急状况下，通过防翻侧控制电路和系统，是 车辆可以保持良好的行驶稳定性，从而事故的发生率就会大大降低，可以减少人员伤 亡和财产损失。 因此，建立相应的相应的重型卡车防翻侧控制电路和控制软件，对于增强汽车抗 翻侧性能，减少翻侧事故发生率，有重要作用。 ( 2 )通过防翻侧电路的设计和防翻侧模拟平台的搭建，为汽车防翻侧控制策略 的研究和测试，提供一定的参考书据，同时降低研究成本，提高效率。 1 6 课题内容 课题的主要内容为重型汽车防翻侧测试平台，该平台包括硬件部分、嵌入式软件 部分和个人电脑软件部分。硬件部分负责信号的连续监测量的输入和输出：嵌入式软 件部分负责连续量转换成数字量回传给计算机，并且把计算机的数字量转换成连续量 7 广东工业大学硕士学位论文 作为被控对象的输出：个人电脑软件部分负责对收集来的数据进行分析、3 d 成像处理、 多维测绘处理、汽车运行状况回放等工作。 8 第二章重型卡车模型的分析 第二章重型卡车模型的分析 重型汽车指最大总质量大于3 5 0 0 k g 的m 类和n 类汽车。 动力性就是重型车的发动机性能。目前，发动机动力的发展趋势就是向着大功率 方向发展，国际上的