公路液罐車液固耦合機理與防側翻控制研究

《公路液罐車液固耦合機理與防側翻控制研究》是依託吉林大學，由宗長富擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：公路液罐車液固耦合機理與防側翻控制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：宗長富
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

公路用半掛式液罐車具有重心高、液體晃動大且強非線性、液-罐耦合、液體晃動與車輛運動耦合等特點，使其易發生側翻且機理不清。本項目通過研究半掛式液罐車液-固耦合內在機理，建立液固耦合二相流液體晃動動力數值模型和半掛車動力學模型結合的雙向耦合模型；分析液體在複雜外部激勵下動態回響過程，考察液體晃動產生的衝擊力/力矩，渦動力及系統非線性動態特性等對液體晃動的貢獻、液體晃動模態參數和液罐車側翻穩定性；依據能量等效原則，建立液體晃動系統的等效多質量多自由度非線性結構模型，與已建立半掛車動力學仿真模型聯合，得到簡化半掛式液罐車動力學模型，進行狀態估計和預警；研究基於預警機制的半掛式液罐車主動防側翻控制算法；將運動平台、縮比液罐與商用車電控制動系統的硬體在環試驗台相結合，對液固耦合特性、動力學模型、預警和防側傾控制算法進行試驗台驗證和實車試驗驗證。本項目將為我國公路液罐車主動安全的提高奠定理論基礎。

結題摘要

公路用半掛式液罐車具有重心高、液體晃動大且強非線性、液-罐耦合、液體晃動與車輛運動耦合等特點，使其易發生側翻且機理不清。本項目採用Fluent軟體建立了液固耦合二相流液體晃動動力數值模型，採用TruckSim軟體建立了半掛車動力學模型，並實現了液體晃動與半掛車動力學相結合的雙向耦合模型。利用建立的半掛式液罐車雙向耦合動力學模型，進行半掛式液罐車側翻穩定性分析，系統研究側翻穩定性影響因素，並進行側傾穩定性影響的靈敏度分析，考察液體晃動產生的衝擊力/力矩，渦動力及系統非線性動態特性等對液體晃動的貢獻、液體晃動模態參數和液罐車側翻穩定性，探究半掛式液罐車的當前運動狀態、駕駛員操作（制動、轉向等）、路面坡度不平度等因素與側翻穩定性的關係，分析產生側翻的原因。依據能量等效原則，建立液體晃動系統的等效剛體模型、準靜態液體模型、等效單擺模型，與已建立半掛車動力學仿真模型聯合，得到簡化半掛式液罐車動力學模型。針對液體晃動導致液罐車回響波動且易側翻的特點，綜合考慮液罐車的液體晃動抑制、橫擺穩定性和側傾穩定性控制，基於ESC系統開發了液罐車橫擺-抑晃-防側翻集成控制策略。對於車輛操縱不太穩定，但尚未進入側傾不穩定狀態的過渡區域，開發了以液罐車輛的橫擺、側偏和液體的等效擺角跟隨期望值為控制目標的LQR橫擺抑晃控制方法，推遲進入防側翻控制的時機；針對臨近側翻的危險工況，開發了以儘量減少液罐車橫向載荷轉移率LTR為控制目標的LQR輸出最優防側翻控制方法；為了動態區分側翻失穩緊急程度，防止誤觸發或過晚觸發控制系統，開發了考慮液體晃動的側翻預警時間TTR預警算法，並以TTR為切換指標，進行橫擺抑晃控制模式和防側翻控制模式的切換。開發了液罐車硬體在環仿真試驗平台和縮比液罐實車試驗平台。對液體晃動動力數值模型、半掛式液罐車防側翻控制算法與控制邏輯進行了試驗台和實車驗證。本項目的研究成果為我國公路液罐車主動安全的提高奠定理論基礎。