平衡重式叉车底盘系统横向稳定性集成控制研究

This project studies on an effective control method of chassis lateral stability of the integrated control system and coupled modeling on the forklift controlled subsystem of chassis systems including frame, axles and steering. Through analysis of each subsystem and the coupling mechanism between the subsystems (kinematic coupling, structure / controller parameter coupling, etc.), and establish a comprehensive reflection of the forklift chassis systems of interrelated multiple degrees of freedom coupled dynamic model, and analyze the coupling between subsystems forklift horizontal stability integration of control system, whereby to determine the controllable subsystem coupling associated with proposed decoupling strategy designed to avoid the decoupling of the coupled oscillation controller; Considering the system response time integrated lateral stability of the chassis control system performance, at the same time, the lateral stability of the forklift performance requirements, the control of hierarchical coordination of integrated control strategy including a roll control, and two roll control, articulated steering axle swing control and synchronous steering system is established and the lateral stability integrated controller and each subsystem controller is researched and designed. The project intends to use methods of the theoretical analysis, software simulation, hardware in the loop real-time simulation and the real vehicle test a combination , in order to provide a theoretical basis and reference lateral stability of the forklift chassis systems.

本项目研究叉车底盘系统中车架、车桥和转向等可控子系统的耦合建模及底盘横向稳定性集成控制系统的有效控制方法。通过分析各子系统内和子系统间的耦合机理(运动耦合、结构/控制器参数耦合等)，建立起综合反映叉车底盘系统相互关联的多自由度耦合动力学模型，分析子系统间耦合作用对叉车横向稳定性集成控制系统的影响，据此确定可控子系统的主要耦合关联项，提出解耦策略，设计出避免耦合振荡的解耦控制器；考虑系统响应时间对底盘横向稳定性集成控制系统性能的影响，同时，根据叉车横向稳定性的性能指标要求，建立包括一级侧翻控制、二级侧翻控制、铰接转向桥摆动控制和同步转向系统控制在内的分层协调集成控制策略，研究设计横向稳定性集成控制器和各子系统控制器。本项目拟采用理论分析、软件仿真、硬件在环实时仿真和实车实验相结合的方法进行研究，以期为叉车底盘系统横向稳定性研究提供理论依据和参考。

平衡重式叉车行驶工况复杂，工作环境恶劣，侧翻事故高发，叉车底盘系统间存在互相影响和相互作用，为了提高叉车底盘的横向稳定性，考虑各子系统间的耦合作用，进行叉车底盘系统中车架、车桥和转向等可控子系统的耦合建模及底盘横向稳定性集成控制方法研究。该项目的主要研究成果包括：①分析平衡重式叉车底盘系统转向、车架与车桥铰接机构之间的相互作用和耦合关系，建立起综合反映叉车底盘系统相互关联的多自由度耦合动力学模型。②分析子系统间耦合作用对叉车横向稳定性集成控制系统的影响，采用神经网络逆系统方法确定解耦变量配对关系和可控子系统的主要耦合关联项。③提出小波网络动态逆内模控制方法的叉车底盘系统解耦控制策略，设计避免耦合振荡的解耦控制器，实现叉车底盘系统的解耦。④提出一种对轮胎纵向合力和横摆力矩进行实时计算调整和动态分配的叉车横向稳定性控制方法，将计算的合力和力矩调整至可实现范围内并进行动态分配。⑤根据叉车横向稳定性的性能指标要求，建立包括一级侧翻控制、二级侧翻控制、铰接转向桥摆动控制和同步转向系统控制在内的“侧倾分级”分层协调集成控制策略，实现对叉车侧倾姿态判断分级，根据叉车不同的侧倾分级采取不同的横向稳定性控制策略。⑥设计了一种新型的横向稳定性控制执行机构，可根据叉车的侧倾级别进行叉车车架与车桥分级锁定。⑦设计了平衡重式叉车横向稳定性集成控制器和各子系统控制器的电控系统，提出有效提高控制器响应时间和控制精度的PWM驱动信号参数控制方法。⑧搭建了基于dSPACE/MicroAutoBox的硬件在环实时仿真平台和基于LabVIEW PXI和veDYNA搭建驾驶员在环试验台，并进行仿真试验。最后，进行了实车试验验证。理论分析、仿真计算和实车试验等结果均表明，所提出的平衡重式叉车底盘系统解耦控制策略和横向稳定性集成控制方法是有效的，可全面提升叉车的横向稳定性和主动安全。