汽車列車側(cè)向動(dòng)力學(xué)與仿真.pdf

1、汽車列車運(yùn)輸形式以其裝載量大、運(yùn)輸成本低、具有“甩掛運(yùn)輸”、“區(qū)段運(yùn)輸”、“滾裝運(yùn)輸”等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為公路貨物運(yùn)輸?shù)闹匾囆?。公路條件的改善,車輛技術(shù)狀況的提高,特別是集裝箱運(yùn)輸和零擔(dān)貨物運(yùn)輸?shù)膹V泛開(kāi)展,促進(jìn)了拖掛運(yùn)輸方式的不斷發(fā)展和完善。隨著汽車列車向大裝載質(zhì)量和高速方向發(fā)展,由于車輛設(shè)計(jì)、使用以及控制技術(shù)等方面的問(wèn)題,使得由于汽車列車運(yùn)輸方式而引發(fā)的交通安全問(wèn)題也日漸突出,其主要表現(xiàn)為:車輛高速行駛時(shí),掛車的“蛇行”現(xiàn)象；制動(dòng)時(shí)牽引

2、車的“折疊”現(xiàn)象,掛車的“甩尾”現(xiàn)象；以及車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的“傾覆”現(xiàn)象。 由于汽車列車為組合車輛結(jié)構(gòu)形式,牽引車與掛車以及掛車之間的相互鉸接作用,使得汽車列車動(dòng)力學(xué)模型建立比普通單車復(fù)雜得多,合理、簡(jiǎn)潔的車輛模型能夠有助于研究者對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行深入的理論和實(shí)驗(yàn)研究。本文采用模塊化建模方法對(duì)汽車列車進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模,首先對(duì)具有獨(dú)立橫擺運(yùn)動(dòng)的單節(jié)車輛進(jìn)行建模,再依據(jù)車輛之間的約束條件進(jìn)行組合,然后按照研究的需要將其組合成汽車列車側(cè)向動(dòng)

3、力學(xué)模型或汽車列車縱向動(dòng)力學(xué)模型,模型建立的過(guò)程相當(dāng)程式化,可以借助計(jì)算機(jī)技術(shù)建立各種不同組合形式的復(fù)雜車輛動(dòng)力學(xué)模型。 半掛汽車列車是所有汽車列車組合結(jié)構(gòu)中最常見(jiàn),也是應(yīng)用最廣泛的車型之一。它是我國(guó)“十五”期間重點(diǎn)發(fā)展的載重運(yùn)輸車型。本文在通用模型的基礎(chǔ)上對(duì)半掛汽車列車的操縱穩(wěn)定性、行駛穩(wěn)定性以及非線性動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了理論和仿真實(shí)驗(yàn)研究工作。 半掛汽車列車的操縱穩(wěn)定性不同于普通汽車,文中依據(jù)汽車列車側(cè)向動(dòng)力學(xué)模型,建立

4、了半掛汽車列車線性模型。基于該模型對(duì)半掛汽車列車進(jìn)行了線性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析,提出了操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)參數(shù)--相對(duì)橫擺角增益,并對(duì)車輛線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了相應(yīng)評(píng)價(jià)。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn),分析了半掛汽車列車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性和方向盤正弦輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)特性。 汽車列車行駛方向穩(wěn)定性問(wèn)題是影響車輛行駛安全的一個(gè)重要方面。本文建立了半掛車的橫向擺動(dòng)微分方程,通過(guò)仿真試驗(yàn),分析了車輛參數(shù)(五輪聯(lián)接處的阻尼、輪胎側(cè)偏剛度、車輛行駛速度以及五輪聯(lián)接的位置等)對(duì)

5、車輛行駛方向穩(wěn)定性的影響.結(jié)果表明:增大五輪聯(lián)接處的阻尼,輪胎側(cè)偏剛度以及半掛車軸距均有助于提高車輛行駛方向穩(wěn)定性。 在汽車列車結(jié)構(gòu)中存在許多非線性因素,包括輪胎非線性,懸架系統(tǒng)非線性,轉(zhuǎn)向系統(tǒng)非線性以及由于鉸接作用引起的幾何非線性等.所以,對(duì)汽車列車動(dòng)力學(xué)進(jìn)行非線性特性研究是一個(gè)非常重要的課題.文中建立了半掛汽車列車包括牽引車側(cè)向運(yùn)動(dòng)以及牽引車和半掛車的俯仰、側(cè)傾以及橫擺運(yùn)動(dòng)在內(nèi)的8目由度非線性動(dòng)力學(xué)模型,運(yùn)用中心流形和分岔理

6、論對(duì)半掛汽車列車的非線性特性進(jìn)行理論和仿真實(shí)驗(yàn)分析,并導(dǎo)出了非線性模型的中心流形方程。建立了車輛參數(shù)A-B坐標(biāo)系,得出了車輛主要參數(shù)在A-B坐標(biāo)系下的穩(wěn)定域,并通過(guò)非線性仿真分析,研究了車輛行駛速度、車輛載荷分布以及制動(dòng)力等因素對(duì)車輛非線性特性的影響,得出一些重要結(jié)論:車輛載荷的不對(duì)稱分布顯著降低了半掛汽車列車的臨界行駛車速,并縮小了車輛行駛在受微小干擾后的穩(wěn)定域；五輪聯(lián)接縱向位置是影響車輛在制動(dòng)工況下穩(wěn)定性的一個(gè)重要參數(shù)。 本

7、文對(duì)某型號(hào)半掛汽車列車進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),仿真模型中采用非線性輪胎模型,并考慮了車輛的轉(zhuǎn)向系模型。在仿真實(shí)驗(yàn)中,重點(diǎn)研究了車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)和行駛參數(shù)(高速行駛和低速行駛)對(duì)車輛瞬態(tài)響應(yīng)特性的影響,仿真結(jié)果表明:增大牽引車和半掛車軸距有利于提高車輛行駛穩(wěn)定性,但是半掛車軸距的增加同時(shí)也會(huì)帶來(lái)半掛車后軸橫向擺動(dòng)幅度增大,需要采取相應(yīng)措施抑制掛車后軸的橫向擺動(dòng)；降低車輛載荷質(zhì)心,能明顯抑制車輛的側(cè)傾運(yùn)動(dòng),在高速行駛工況下,掛車載荷質(zhì)心位置前移會(huì)嚴(yán)重破