[發明專利]一種半掛汽車列車全工況鉸接角度狀態估計方法

有效

• 申請號: 202110473213.6
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113147772B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 夏光;趙名卓;張洋;張華磊;陳建杉;夏巖;魏志祥;劉賢陽;施展;盛楠;汪韶杰;孫保群
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B62D15/02
• 分類號: B62D15/02;B62D13/00;B60W40/10;B62D53/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

1.一種半掛汽車列車全工況鉸接角度的狀態估計方法，其特征是按如下步驟進行：

步驟1、獲取半掛汽車列車的行駛方向及運行車速；

步驟2、確定非線性擾動過大的工況及條件；

步驟2.1、利用式(1)定義輪胎的相對側偏剛度k_e：

式(1)中：F代表輪胎的側向力；α代表輪胎的側偏角；

步驟2.2、根據所述相對側偏剛度k_e，確定輪胎的非線性度閾值a_y1max；

步驟2.3、當半掛汽車列車處于倒車行駛的條件時，或者，當半掛汽車列車處于前進行駛時且牽引車側向加速度絕對值大于等于a_y1max的條件時，定為非線性擾動過大的工況；

步驟3、針對于不同工況下所產生的非線性擾動構建不同的鉸接角度估計器用于估計全工況鉸接角度；

步驟3.1、若未處于非線性擾動過大的工況時，用半掛汽車列車的狀態空間方程構建卡爾曼濾波的鉸接角度狀態估計器；

若處于非線性擾動過大的工況且半掛汽車列車處于倒車行駛的條件時，則執行步驟3.2；

若處于非線性擾動過大的工況且半掛汽車列車處于前進行駛的條件時，則執行步驟3.3；

步驟3.2、利用式(2)構建側偏剛度估計器，并將估計的側偏剛度C_α嵌入所述鉸接角度狀態估計器，從而得到嵌入后的鉸接角度狀態估計器：

式(2)中，C_α表示輪胎的側偏剛度，F為輪胎各軸側向力的向量矩陣；α為輪胎各軸側偏角的向量矩陣，并有：

F＝ma＝(m₁+m₂)(a_y1+a_{y2_y}) (3)

式(4)中，δ為牽引車的前輪外側轉角，v為牽引車的側向速度，u為牽引車的縱向速度，為牽引車的橫擺角速度，a為牽引車轉向軸距離質心的距離，b₁為牽引車質心距離第二軸的距離，b₂為牽引車質心距離第三軸的距離，c為牽引車質心距離鉸接點的距離，γ為牽引車與半掛車之間的鉸接角度，L₁為鉸接點距離第四軸的距離，L₂為鉸接點距離第五軸的距離；

式(3)中，a_y1為牽引車的側向加速度，a_{y2_y}為半掛車相對于整個半掛汽車列車的等效加速度，并有：

式(5)中，為牽引車的橫擺角加速度，d為鉸接點距離半掛車質心的距離，m₁為牽引車的質量，m₂為半掛車的質量；

步驟3.3、利用式(6)所示的運動學模型作為所述鉸接角度狀態估計器的輸入，從而得到信息融合后的鉸接角度狀態估計器：

式(6)中，為鉸接角度的變化率，L_f為半掛車的等效軸距，其值為

2.根據權利要求1所述的全工況鉸接角度的狀態估計方法，其特征在于，所述步驟2.2中的輪胎的非線性度閾值a_y1max是按以下方法確定：

步驟2.2.1、假設半掛汽車列車在不同車速下通過同一道路，且所述道路上存在輪胎非線性度過大的現象；

步驟2.2.2、當相對側偏剛度k_e的絕對值大于等于所設定的閾值時，表示所述相對側偏剛度k_e為有效數據，并定義當前時刻為有效時刻，執行步驟步驟2.2.3；

步驟2.2.3、從有效時刻開始實時采集若干組相對側偏剛度，并用最小二乘法對所采集的數據進行線性規劃，得到線性規劃的變化率k的絕對值并作為標準非線性度；若采集的數據在到達極值時的未滿足數據量的要求，則重新執行步驟2.2.2；

步驟2.2.4、當|k(t_i)|≥2|k|時，則表示第i個有效時刻t_i下存在輪胎非線性擾動過大的現象，并定義第i個有效時刻t_i為估計器失效時刻，執行步驟2.2.5，其中，k(t_i)表示第i個有效時刻t_i下的相對側偏剛度的變化率；

步驟2.2.5、將每個估計器失效時刻下所測量的不同車速的牽引車側向加速度的絕對值均值作為a_y1max。