Vehicle Dynamics Modeling and Control of the TowPlow, A Stee(2)

iiiv1122691112 141416172022

3 Linear vehicle dynamics and stability of the TowPlow

3.1 Linear planar model of the TowPlow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2 Stability and controllability of the TowPlow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3 Dynamics and open-loop control of the TowPlow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 Nonlinear vehicle dynamics of the TowPlow

4.1 Equations of motion for the TowPlow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2 Modified Dugoff’s tire friction model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3 Tire rotation dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.4 Load transfer effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.5 Experimental validation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.5.1 Experimental configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.5.2 Steady-state circular test – constant speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.5.3 Transient maneuver test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 Snow resistance model and dynamic simulation of the TowPlow

5.1 Snow resistance model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2 Application of the snow resistance model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.3 Dynamic simulation of the TowPlow without control of the trailer axle . . . . . . . . . . . . . . . .

5.3.1 Driver model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.3.2 Deploying trailer plow and cornering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.3.3 Slalom, up and down hill . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.3.4 Split friction coefficient braking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 Control of the TowPlow for the snow removal operation

6.1 Optimal controller design – LQR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.2 PI controller design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.3 Dynamic simulation of the TowPlow with PI control of the trailer axle . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.3.1 Slalom, up and down hill . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.3.2 Split friction coefficient braking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2424323740 44444856575960616566 686874777880818589 909095959696100

7 Conclusions and recommendations

7.1 Conclusions and contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

References 105101101 7.2 Recommendations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

List of Figures

Figure 1.1 TowPlow [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figure 1.2 Jindra’s tractrix integrator [4] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figure 1.3 Pretty’s tractrix from steering in circle [5] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figure 1.4 Instantaneous centers of logging trucks by Erkert et al [9] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figure 1.5 Cornering of tractor-trailer combination by Chen and Velinsky [10] . . . . . . . . . . . . . . . Figure 1.6 Manesis’ sliding kingpin mechanism [12] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figure 1.7 Typical unstable states of articulated vehicles by Vlk [14] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figure 1.8 Coordinate system for the articulated vehicle by Chen and Tomizuka [19] . . . . . . . . . . Figure 1.9 Concept of friction between bristles for the LuGre model [20] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figure 1.10 Friction circle concept for the Dugoff’s tire friction model by Guntur and Sankar [26] . Figure 1.11 Mellor’s wedge plow model [28] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10Figure 1.12 Kaku’s snow flow assumption in snow resistance model [30] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figure 1.13 Control volume in front of the plow by Ravani et al. [31] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figure 1.14 …… 此处隐藏：8357字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……