1.一种纯电动多节铰接汽车列车行驶稳定性控制方法,该汽车列车包括一牵引车和至少N节挂车,其中N≥2,所述牵引车和挂车依次通过铰接盘相铰接,其特征在于,按以下步骤进行:S1:在牵引车上安装速度传感器和角速度传感器,获取牵引车侧向速度、横摆角速度的实时数值大小,在每个铰接盘上都安装角度传感器和角速度传感器,分别获取每个铰接盘实时的铰接角度和铰接角速度,在牵引车方向盘上安装角度传感器;
S2:在牵引车和所有挂车上建立各自的局部坐标系,在汽车列车上建立整体坐标系,对汽车列车做整体受力分析,其中轮胎受力模型选用轮胎“魔术公式”线性区域表达式;
S3:根据固结于牵引车上的局部坐标系,对牵引车进行受力分析,得到牵引车的质心侧向加速度ay、前轴轮胎的侧偏角αf和后轴轮胎侧偏角αr;
S4:逐一以牵引车和牵引车后N-1节挂车作为一整体进行受力分析,得到第N-1节挂车的质心侧向加速度ay(N-1)、轮胎侧偏角α(N-1)和轮胎控制输入转角δ(N-1)的表达式;
S5:以牵引车和牵引车后N节挂车作为一整体进行受力分析,得到第N节挂车的质心侧向加速度ayN、前轴轮胎侧偏角αNf和后轴轮胎侧偏角αNr;
S6:建立汽车列车整车侧向力平衡公式;
S7:建立牵引车质心横摆力矩平衡方程;
S8:以第M节至第N节挂车作为整体分析,得到第M个铰接点的横摆力矩平衡表达式;其中M的取值从1至N;
S9:将步骤S3至S5中牵引车和挂车的各质心侧向加速度和一约束条件带入步骤S6至S8中,对以上步骤建立的微分方程进行化简,选取vx、vy、θ1至θN及其一阶倒数和二阶导数为变量,化简使得整个微分方程组只含有以上变量的形式,约束条件为:其中,vx为牵引车纵向速度,vy为牵引车侧向速度,θ1为牵引车与第一节挂车的铰接角,θ2为第一节挂车与第二节挂车的铰接角,θN为第N-1节挂车与第N节挂车的铰接角,r为牵引车的横摆角速度,r1第一节挂车的横摆角速度,r2第二节挂车的横摆角速度,rN第N节挂车的横摆角速度;
S10:根据步骤S9的化简整理,选取各向量如下:
汽车列车的状态变量:
汽车列车的输出向量:
牵引车转角输入向量为:U=[δ],
所有挂车转角控制输入向量为U1=[δ1,δ2,…,δN],
将步骤S9化简过后的微分方程化为标准状态空间方程:
其中,vy1为第一节挂车的侧向速度,vyN为第N节挂车的侧向速度,δ为牵引车前轮转角,δ1为第一节挂车轮胎转角,δ2为第二节挂车轮胎转角,δN为第N节挂车前轴轮胎转角,A为汽车列车系统矩阵,B为汽车列车控制矩阵,B1为汽车列车控制输入矩阵,C为汽车列车输出矩阵,D为汽车列车直接传输矩阵;
S12:在ECU中写好解解退化矩阵里卡蒂(Riccati)方程:ATP+PA+Q-PBR-1BTP=0的程序,系统矩阵A和控制输入矩阵B1能够表征出系统自身属性,ECU接收方向盘转角信号预测牵引车运行状态,选取Q、R矩阵,A、B、Q、R直接写入程序,ECU通过传感器信号输入求解给每节挂车的控制输入向量u1(t)=-KX(t)=-R-1BTPX(t),控制输入向量反馈给实车进行控制,其中P为正定矩阵,Q为正定(或半正定)厄米特或实对称矩阵,R为正定厄米特或实对称矩阵,K为反馈增益矩阵,t为时间。
2.根据权利要求1所述的纯电动多节铰接汽车列车行驶稳定性控制方法,其特征在于:步骤S2中应忽略非线性因素的干扰。
3.根据权利要求1所述的纯电动多节铰接汽车列车行驶稳定性控制方法,其特征在于:所述轮胎“魔术公式”线性区域表达式为:挂车轮胎侧偏力:FN=kNαN,kN为第N节挂车轮胎侧偏角刚度,αN为第N节挂车轮胎侧偏角。
4.根据权利要求1所述的纯电动多节铰接汽车列车行驶稳定性控制方法,其特征在于:步骤S3中:
牵引车质心侧向加速度:
牵引车前轴轮胎侧偏角:
牵引车后轴轮胎侧偏角:
其中,a代表牵引车前轮与其质心的纵向距离,b代表牵引车后轮与其质心的纵向距离,δf为牵引车前轮输入转角。
5.根据权利要求1所述的纯电动多节铰接汽车列车行驶稳定性控制方法,其特征在于:步骤S6汽车列车整车侧向力平衡公式为:
may+m1ay1+m2ay2+…+mNayN=kfαf+krαr+k1α1+…+k(N-1)α(N-1)+kNfαNf+kNrαNr,其中m为牵引车整车质量,m1至mN分别为各挂车整车质量,ay1至ayN分别为各挂车质心侧向加速度,kf为牵引车前轮侧偏刚度,kr为牵引车后轮侧偏刚度,k1至k(N-1)分别为各挂车侧偏刚度,kNf为第N节挂车前轮侧偏刚度,kNr为第N节挂车后轮侧偏刚度。