基于车体姿态预估的果园作业车主动安全控制方法研究

Study on orchard working vehicle active safety control is important to maintain vehicle stability control in orchard’s complicated operation conditions. Existing rollover and tipping prediction models for vehicles can’t directly apply to orchard working vehicle, which structure and loading are changing under operation. So it’s necessary to move ahead study on orchard working vehicle bodywork attitude prediction and active safety control by theoretical analysis, mathematical modeling, hardware-in-closed-loop simulation, real vehicle test and other methods. To achieve such goal, we will establish orchard working vehicle dynamic model, analyze variation of key parameters during vehicle instability by virtual prototype simulation, look for characteristic parameters of vehicle instability; study bodywork attitude prediction algorithm, identify orchard working vehicle stability control factor, set up active safety control model; develop orchard working vehicle active safety control system on the basis of above model, verify and optimize control model by hardware-in-closed-loop simulation and real vehicle test. Ourstudy can provide theoretical support for orchard working vehicle active safety control, and provide new ideas and methods for study on special vehiclestability control in complicated surface conations.

果园作业车主动安全控制方法对实现果园复杂工况下运动稳定性控制具有重要意义。针对现有车辆侧翻预警模型不能直接应用于具有变结构、变载荷等特点的果园作业车的问题，综合运用理论分析、数学建模、硬件在环仿真和实车试验等方法，开展果园作业车车体姿态信息预估及主动安全控制方法研究。具体包括：建立果园作业车动力学模型，通过虚拟样机仿真分析车辆失稳过程中关键参数变化规律，探索综合表征失稳状态特征参数；研究车体姿态信息预估算法，确立果园作业车稳定性控制指标，建立主动安全控制模型；并基于该模型研制果园作业车主动安全控制系统，分别进行半物理仿真和实车试验对控制模型进行验证和优化。本研究可为果园作业车辆安全控制提供理论支持，同时也为具有变结构、变载荷特点的其他特种车辆安全稳定性控制研究提供新的思路和方法。

果园作业车对于提高果园作业效率有着重要的作用，由于果园内路面环境复杂，且果园作业车重心高、变载荷的结构特点，车辆在作业过程中容易发生失稳事故。针对这一问题，本项目以实验室前期研究的MOV-1型果园作业车为参考模型，对车辆的稳定性控制进行了研究，通过对现有稳定性控制方法的分析比较，提出了果园作业车运动稳定性控制方法，并基于联合仿真与硬件实际试验，对控制模型进行了验证。本文首先基于MOV-1型果园作业车建立了车身和升降平台的动力学方程；进而，利用ADAMS软件分别创建了基于升降平台调平控制和车辆运动控制的虚拟样机模型，在MATLAB/Simulink中建立了相应的控制模型，并进行了ADAMS和MATLAB的联合仿真试验；最后，设计制作了比例样机模型及其控制系统硬件，并通过实车试验进一步验证了果园作业车稳定性控制方法的有效性。通过联合仿真和实车试验的结果分析表明，本项目提出的果园作业车运动稳定性控制方法，能够有效地增强果园作业车的稳定性，通过调节控制器参数，能够进一步提升控制效果，具有一定的应用推广价值。