● 摘要
车辆运动稳定性是路面车辆交通中没有得到完全解决的最重要问题之一。半挂汽车列车在担当重要公路货物运输任务的同时，也由于其铰接结构、满载质心高、侧向迎风面积大等固有特性使得其操纵性和行驶稳定性都较差，易发生失稳情况，带来严重的人身财产损失。因此，研究半挂汽车列车的稳定性，探究其失稳机理，为安全行驶提供参考是很有必要的。虽然目前已有许多对半挂汽车列车稳定性的研究，但是对于半挂汽车列车非线性动力学特性研究较少。本文将分岔理论应用于半挂汽车列车非线性系统开环及闭环平面稳定性的研究，分析其固有动力学特性以及失稳机理。
本文建立了用于分岔分析的半挂汽车列车三自由度非线性动力学模型，并且采用非线性轮胎模型Magic Formula模型，经过试验对比证明所建三自由度模型是可靠的。本文设计了用于闭环系统分析的针对半挂汽车列车的可增益调度的PID自动路径跟随控制算法。算法的PID参数采用正交试验法整定，并且对几组不同车速下的参数进行拟合得到随速度参数增益调度的系统。仿真结果表明自动路径跟随控制算法操纵的半挂汽车列车在全部车速都保持良好的路径跟随效果，表现出很好的低速操纵性与高速稳定性，并且对路面附着系数具有良好的鲁棒性。
利用分岔理论对半挂汽车列车开环系统非线性动力学进行分析。首先对系统平衡点及其稳定特性进行研究，得到了以前轮转向角为分岔参数的系统分岔图，分析其分岔现象，并且通过相轨迹的研究确定了系统的稳定区域。其次，通过对不稳定平衡点特性与失稳形式之间联系的研究分析半挂汽车列车失稳机理。此外，得到了半挂汽车列车在不同工况下开环直线行驶的稳定区域。对半挂汽车列车闭环系统非线性动力学的分岔分析，同样研究了系统平衡点及其稳定特性，获得了以目标路径转弯半径为分岔参数的闭环系统的分岔图，确定了闭环系统平面运动的稳定区域，分析了预瞄时间对闭环系统稳定区域的影响。