非公路车辆防翻车主动安全技术研究

非公路车辆工作环境恶劣，行驶路面复杂，翻车事故发生的概率较高，欧盟和美国法规要求安装翻车保护结构以实现对司机被动安全保护的方法难以保证翻车时司机的生命安全。本课题研究非公路车辆防翻车主动安全设计理论和控制技术，使非公路车辆具有自平衡感，欠稳定状态下对车辆形态及参数进行主动控制以提高车辆的稳定性，以避免翻车事故的发生。基于多体动力学方法，建立典型非公路车辆多自由度非线性动力学模型，进行不同工况和形态下车辆动态稳定性分析，提出非公路车辆翻车的临界条件，通过数字化功能样机和物理样机试验对临界条件进行验证。对车辆防翻车主动控制系统和控制算法进行研究，利用多传感器信息融合方法确定车辆运动学和动力学参数并实时预测车辆的稳定状态，通过改变主动改变车辆形态和制动等措施提高车辆的稳定性并主动抑制车辆翻车，确保司机生命安全，为非公路车辆的主动安全设计奠定基础，具有重大的学术意义和实际应用价值。

为减少非公路车辆翻车事故的发生，本项目研究了非公路车辆中侧向稳定性最差的铰接式非公路车辆防翻车主动安全理论和控制方法，基于多传感器信息融合使车辆具有自平衡感，在临界失稳状态下对车辆形态及参数进行主动调整以提高车辆的抗倾翻性能。根据铰接式非公路车辆的结构和运动特点，建立了包含前后车体、摆动桥及地面环境信息的铰接式车辆多自由度非线性动力学模型，分析了铰接式车辆的失稳机理，得到了适用于铰接式车辆的动态稳定性指标。研究了主动制动、主动转向和摆动桥调整对铰接式车辆侧倾稳定性的影响规律。主动制动有利于提高车辆转弯时的侧倾稳定性；主动转向能够提高车辆转弯和越障时的侧倾稳定性，但主动转向会使车辆偏离预定轨道，可能导致二次事故的发生；摆动桥调整以改变了车辆的重心位置，可以提高任何工况下的侧倾稳定性。基于模糊神经网络方法，设计了铰接式车辆防倾翻联合控制方法，通过主动制动、主动转向和摆动桥调整联合作用使车辆快速从不稳定状态恢复到稳定状态。将所建立了防倾翻联合控制方法应用到物理样机模型上进行试验验证，结果表明，当铰接式车辆接近失稳状态时，该控制策略可以有效地阻止车辆失稳，使车辆从非稳定状态恢复到稳定状态，避免了翻车事故的发生。开发了铰接式非公路车辆防倾翻控制系统，选取了平路转弯越障和坡路直行越障等典型工况进行了试验，验证了本课题所设计的主动防倾翻控制系统的实用性。依托本项目发表学术论文15篇，其中SCI收录7篇，授权专利7项，其中发明专利4项，培养研究生6名，其中3人获得博士学位，3人获得硕士学位。本课题实现了通过主动改变车辆形态和主动制动等措施提高车辆的稳定性并主动抑制车辆翻车，确保司机生命安全，项目的成果丰富了非公路车辆安全设计理论，为非公路车辆的主动安全设计奠定了基础，本课题研究成果经中国机械工业联合会鉴定达到国际先进水平。