引言

車速是影響車輛行駛安全的重要因素，利用車輛車載傳感器采集車輛狀態、駕駛員操作和道路情況信息，依據電控單元計算出安全車速并向執行器發出控制命令，實施車速限制，是實現車輛自動車速控制的另外一種技術途徑，可以有效地提高車輛行駛的安全性。

由于多軸特種車輛動力學特性及車速控制較為復雜，需要對自動限速控制系統的總體方案、控制算法以及標定測試等方面進行深入的分析研究。本文基于ADAMS 和MATLAB/Simulink 聯合仿真技術搭建了多軸車輛自動限速控制仿真平臺，驗證了自動限速控制技術在多軸特種車輛上應用的可行性。

1 車輛建模

1.1 基于ADAMS 的整車多體動力學模型

在ADAMS/VIEW 環境下建立了六軸特種車輛動力學模型。

與車架連接的其他總成通過質量等效的方法簡化合成到車架總成模型中，懸架系統模型包括油氣彈簧、上下橫臂及轉向節，轉向系統模型包括轉向桿系，輪胎根據UA 模型修改，道路模型自建。ADAMS 環境下的整車模型見圖1.

整車模型共有31 個自由度，其中整車質心6 個自由度，車輪旋轉12 個自由度，車輪豎直跳動12 個自由度，轉向1個自由度。車輛1 ~ 5 橋為驅動橋， 1、2、5、6 橋為轉向橋。

輸入為車輪驅動力矩、風阻和加速阻力，輸出為整車及車輪的運動狀態。

1.2 聯合仿真驅動控制模型

在MATLAB/Simulink 中建立完整的動力傳動系統控制模型，模型包括發動機、自動變速箱、分動器、驅動橋和行駛阻力，真實地模擬車輛動力的傳遞過程。通過ADAMS/Control模塊將ADAMS 車輛動力學模型和MATLAB/Simulink 車輛傳動系統模型聯接起來，通過ADAMS 與Simulink 的接口模塊進行兩個軟件的實時數據交換。

2 特種車輛自動限速控制系統設計

2.1 自動限速控制系統總體方案

車輛自動限速系統基本結構由傳感器、中央控制器和執行器三部分組成。系統利用車載傳感器采集車輛運行狀況、駕駛員操作意圖和道路交通環境信息，通過電子控制單元實時判斷安全車速，當發現有超速趨勢時進行報警，如駕駛員未采取減速措施，自動關閉發動機、并開啟輔助制動，避免車輛超速。系統結構間的關系見圖2.

2.2 自動限速控制模型

在MATLAB/Simulink 中設計自動限速系統控制模塊，通過ADAMS/Control 模塊實現車輛的閉環控制。

由于報警與輔助制動均是根據車輛狀況實施主動安全措施，其相互之間具有傳遞性和一致性，因此本文將報警控制模型以及自動限速控制模型設計為一體，采用查表計算和邏輯控制方法建立自動限速控制模型。

3 仿真結果

3.1 自動限速控制仿真

3.1.1 平直道路仿真

仿真方案為：在路面附著系數為0.8 的平直道路上，車輛從起步開始加速行駛，當車速達到45km/h 時，報警裝置進行報警；此時如果駕駛員主動減小油門，車速降低至40km/h,報警取消；如果駕駛員未采取有效措施，車速繼續增加到48km/h 時，實施自動限速。

首先模擬報警后駕駛員主動降速情況的仿真，當車速達到45km/h 時，系統報警，報警信號由0 跳為1 ;此時手動減小油門開度，車速降低，當車速低于40km/h 后，報警終止，信號由1 跳為2,系統復位；繼續增大油門開度，車速回升，系統繼續監測車輛行駛狀況。

如果報警后駕駛員未主動減速，輔助制動系統實施制動，當車速達到45km/h 時，系統報警；此時不改變油門開度，車速繼續增加至48km/h,輔助制動開啟，排氣制動信號由1 跳為0,此時發動機關閉，排氣制動開啟，車輛減速；直至車速降到40km/h 以下，自動限速系統關閉；之后如果增大動力，車速升高，自動限速系統實時監測，循環工作。

3.1.2 穩態回轉仿真

①門檻值確定

影響車輛的穩態回轉因素除了車輛的結構參數外，還包括車輛狀態變量（側傾角和側向加速度）閾值之間的關系。當側向加速度達到4.2m/s2 左右時，車輛出現不穩定狀態，且方向盤轉角越大，出現不穩定時的斜率越大，即方向盤轉角越大，車輛從穩定狀態到不穩定狀態的過渡時間越短。當側傾角達到3 度左右后，側傾角急劇增大，方向盤轉角在250 度到640 度之間時，側傾角為6 度左右車輛側翻，方向盤轉角為770 度時，側傾角在4 度時直接側翻。

根據以上分析可知，由于不同方向盤轉角下的側向加速度或側傾角變化率差別均較大，因此安全閾值的范圍差別也較大。如果單獨用側向加速度或側傾角判定車輛穩定性，則會出現小方向盤轉角安全余量過大，而大方向盤轉角安全余量小的情況。為此，將車輛的側向加速度和側傾角進行一次最小二乘擬合，得出線性判別函數g（x），見下式。

g（x） 將車輛“側傾角- 側向加速度”相平面分成a 和b 兩部分，其中a 區域為穩定狀態，b 為不穩定狀態。當g（x）>0 時為安全狀態，當g（x）<0 時為危險狀態。

②仿真

進行方向盤轉角為250°的穩態轉向特性試驗，仿真方案為：車輛在附著系數為0.8 的水平路面上，從起步開始加速行駛，方向盤轉角固定為250°，當g（x） 值下降到5 以下時，報警裝置進行報警；此時如果駕駛員主動降低車速，使g（x） 值迅速升至7 以上，報警取消；如果駕駛員未采取有效措施，g（x） 值降至0 時，實施自動限速；當g（x） 值升至7以上時，限速取消。

4 結論

本文研究了特種車輛自動限速控制方法，在建立特種車輛整車動力學模型、驅動控制模型和自動限速控制模型的基礎上，通過聯合仿真，對自動限速控制策略的可行性進行了驗證。結果表明，自動限速控制系統利用車載傳感器采集車輛速度、縱向加速度、側向加速度、側傾角、橫擺角速度等車輛狀態信息，以及方向盤轉角、加速度踏板位置、制動狀態等駕駛員操作信息，通過車輛當前狀態下的安全門檻值分析，能夠實現超速報警和車速輔助控制功能，對自動限速控制系統的研制具有一定的指導意義。