[发明专利]一种汽车列车铰接角测量及控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及车辆操纵稳定性，更具体地说，本发明涉及一种包括机动牵引车和挂车的组合式车辆转向行驶铰接角测量及控制系统。

背景技术

汽车列车是由机动牵引车和列车铰接而成的组合式车辆，由于车辆之间通过铰接机构连接相互作用，车辆的动力学特性比单车更加复杂。目前，单车的操纵稳定性控制方法和系统已经较为成熟，在此基础上，针对汽车列车的控制，如车辆主动前轮转向横摆控制、差动制动控制、直接横摆力矩控制、主动侧倾控制技术也逐渐兴起并广泛发展。当前控制方法最重要的控制变量有横摆角速度、侧向加速度、侧偏角及侧倾角等，这对于单车操纵稳定性效果较好，但是对汽车列车，依据单车状态变量并不能很好的控制汽车列车。由于汽车列车转向过程中，铰接角过大或过小都会影响车辆转向协调性、加剧轮胎磨损，高速转向时甚至会发生牵引车与铰接列车折叠等失稳现象，因此有必要将汽车列车的铰接角作为控制变量以保证汽车列车的协调和稳定行驶。目前一般通过角传感器直接测量得到汽车列车铰接角参数，这种测量方法对于全挂汽车列车较为合适，但是对于半挂汽车列车而言，由于鞍座结构的特殊性以及尺寸的不同，所以角传感器安装困难、技术难度较高，从而大大影响了车辆铰接角测量的方便性和实用性，这也增大了将铰接角作为控制变量的控制系统设计难度。

发明内容

为克服传统汽车列车铰接角测量和控制方法的局限性，本发明提供了一种汽车列车铰接角测量及控制系统，通过该系统可以准确测量汽车列车铰接角，并且以铰接角作为控制变量的控制系统可以有效控制汽车列车在不足和过度转向时的车辆转向协调性和行驶稳定性。

为了实现本发明上述目的，提供了一种适用于全挂和半挂汽车列车等组合式车辆的铰接角测量和稳定性控制的系统，该系统利用GPS技术测量汽车列车铰接角、同时将测量的铰接角作为控制输入并通过主动前轮转角控制器控制汽车列车铰接角达到理想状态，从而确保汽车列车转向协调性和行驶稳定性。

本发明所述的一种汽车列车铰接角测量和控制系统，主要由汽车列车铰接角测量部分和铰接角控制部分组成，所述汽车列车铰接角测量部分利用GPS测试仪准确实时测量牵引车和挂车的相对位置，通过三点定位法和几何关系测量汽车列车铰接角，所述铰接角控制部分根据实际测量铰接角与期望铰接角误差控制车辆前轮转角输入，从而控制车辆的铰接角响应尽可能与理想的车辆响应特性相一致；所述汽车列车铰接角测量部分和铰接角控制部分具体包括GPS测试仪、输入设备、微处理器、方向盘转角传感器、主动前轮转向控制器、执行机构和供电设备，所述GPS测试仪、输入设备4、方向盘转角传感器6分别与微处理器5相连，所述方向盘转角传感器6还与车辆方向盘相连，所述微处理器5与主动前轮转向控制器7相连，所述主动前轮转向控制器7与执行机构8相连，所述执行机构8与车辆转向机构相连，整个系统由所述供电设备9供电。

本发明所述的GPS测试仪采用三套高精度GPS测试仪，用于能准确实时测量牵引车和挂车的行驶轨迹和行驶速度；所述输入设备4将GPS测试仪天线的安装位置参数和车辆参数信息手动输入到微处理器5中进行运算；所述微处理器5采样频率与GPS测试仪采集频率相同，微处理器5包含行驶轨迹校正单元、实际铰接角运算单元和期望铰接角运算单元，用于对牵引车和挂车行驶轨迹校正、计算车辆实际铰接角、期望铰接角和铰接角误差；所述方向盘转角传感器6实时测量车辆方向盘转角；所述主动前轮转向控制器7根据微处理器5输出的铰接角误差信号计算附加的控制转向角输入，并通过执行机构8控制车辆转向盘转角。

本发明所述的三套GPS测试仪的天线分别布置在牵引车和挂车上，其中GPS测试仪I1测量牵引车运动参数，GPS测试仪II2和GPS测试仪III3测量挂车运动参数。

本发明所述的牵引车上的GPS测试仪I天线A布置在牵引车驾驶室顶部水平无遮挡的区域，并位于牵引车的纵轴中心线上，挂车上的GPS测试仪II天线B和GPS测试仪III天线C选择布置在挂车货箱顶部水平无遮挡区域，并位于挂车纵轴中心线垂直方向的两侧，且两者至纵轴中心线距离相等。

本发明所述的挂车上的GPS测试仪II天线B和GPS测试仪III天线C布置在无货箱式挂车上时，则选择挂车栏板或货物顶部水平无遮挡的位置，或选择搭建水平台座固定于栏板或货物顶部，由于与GPS测试仪主体相距较远，选用高灵敏度加长车载GPS天线。