1 研究背景及意义

半挂汽车列车是重型商用车的主要成员。一辆牵引车拖挂至少一辆挂车或半挂车的车辆组合形式，被称为汽车列车。牵引车可以是专用牵引车、各类汽车、甚至是拖拉机。一般汽车列车的驱动力和运行信息都由牵引车提供，挂车是被拖动或者从动。

牵引车的种类一般可分为半挂牵引车和全挂牵引车。半挂牵引车又称鞍式牵引车，它与半挂车连接在一起工作，底盘上装有备胎架和挂车连接装置。通过连接牵引装置承载半挂车前部分载荷，并固定住其上的牵引销，拖动半挂车行驶；全挂牵引车是本身可附属在载运平台上来运输货物，它由使用时可以带走或者不带走的货运或载客用的车厢，牵引钩装在车架的后梁上，并与装在挂车前端的挂环连接来带动挂车行驶。挂车的主要类型有牵引杆挂车、半挂车和中置轴挂车。牵引杆挂车是至少有两轴的挂车，一轴可转向，牵引杆通过角转向与牵引车连接，连接在底盘上的牵引杆可垂直移动的挂车；半挂车是指把车轴装在列车质心后面，并装有能将水平力和垂直力传递给牵引车连接装置的被牵引的车辆，它只能与半挂牵引车一起组成汽车列车使用；中置轴挂车是指牵引装置相对于挂车不能垂直移动，车轴紧靠挂车重心的挂车，这种挂车仅仅适用于垂直载荷较小的牵引车。

随着大功率发动机技术的发展，汽车列车的载重量可达到上百吨，行驶速度达到 80km/h。汽车列车有较大的承载能力和较高的运输效率；制造成本低；良好的燃油经济性；维修保养方便，修配费用低。尽管汽车列车相比单个汽车有很多优点，但汽车列车的发展仍受转向机动性和行驶稳定性的限制，如侧翻、挂车摆阵和整车折叠等失稳现象。面对这一限制国内外科研机构和高校越来越多的人对此进行了研究。

2 半挂汽车列车主动转向控制策略研究现状

近年来，半挂汽车列车安全稳定性技术发展很快，主要以四轮转向、主动悬架、横向稳定器和差动制动等方法来抑制车身侧倾趋势以减少失稳现象的发生。

吉林大学交通学院的许洪国、彭涛、刘宏飞等^[1][1]通过建立半挂汽车非线性动力学模型，分析了车辆在低附着系数路面上高速转向行驶稳定性。采用遗传算法和相平面法估计了行驶速度为16.7~25m/s时车辆稳态前轮临界转角。基于非线性反馈线性化跟踪控制理论，以牵引车横摆角速度和铰接角为控制对象，设计了半挂汽车前轮主动转向和鞍座直接横摆力矩联合控制的前馈和反馈复合控制器。车辆高速阶跃转向和单移线工况仿真结果表明：联合控制器对于提高半挂汽车横向稳定性效果较好。

吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室的于志新、宗长富、何磊等^[2][2]认为半挂汽车列车因体积和质量大而质心较高，急转弯情况下，在高附着路面上容易发生侧翻，低附着路面上容易侧滑，所以其安全稳定性更引人关注。为了改善其安全稳定性，可以通过以半挂车的横摆角速度、侧向加速度、牵引车与半挂车的铰接角及铰接角速度为控制变量，建立了4自由度6轴重型半挂汽车列车的动力学参考模型，应用ISO双移线工况对此模型进行验证。考虑到等速圆周稳态工况下行驶和地面附着系数等因素对汽车的限制，确定了控制变量横摆角速度和侧向加速度的参考值。采用基于线性二次型调节器(LQR)的最优控制策略及半挂汽车列车单侧制动方案，应用Trucksim软件对参考模型进行了鱼钩转向工况仿真分析。仿真结果表明：所提出的控制策略正确有效，实现了提高半挂汽车列车稳定性的控制目标。

重庆交通大学的王永伟^[3][3]根据牵引车转向内、外轮速度差，主动控制连接在牵引车和挂车、挂车和挂车之间两根液压杆的伸缩变化。通过液压杆的伸缩变化改变牵引车和各个挂车之间的转向角，使其满足全挂汽车列车良好跟随性的充要条件，从而实现主动转向式汽车列车的转向控制，进而提高汽车列车的转向机动性和安全稳定性。其仿真研究结果证明了其可行性。