汽車(chē)列車(chē)側(cè)向動(dòng)力學(xué)與仿真.pdf

1、汽車(chē)列車(chē)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?chē)型。公路條件的改善,車(chē)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(chē)列車(chē)向大裝載質(zhì)量和高速方向發(fā)展,由于車(chē)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(chē)列車(chē)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(chē)輛高速行駛時(shí),掛車(chē)的“蛇行”現(xiàn)象；制動(dòng)時(shí)牽引

2、車(chē)的“折疊”現(xiàn)象,掛車(chē)的“甩尾”現(xiàn)象；以及車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的“傾覆”現(xiàn)象。 由于汽車(chē)列車(chē)為組合車(chē)輛結(jié)構(gòu)形式,牽引車(chē)與掛車(chē)以及掛車(chē)之間的相互鉸接作用,使得汽車(chē)列車(chē)動(dòng)力學(xué)模型建立比普通單車(chē)復(fù)雜得多,合理、簡(jiǎn)潔的車(chē)輛模型能夠有助于研究者對(duì)車(chē)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(chē)列車(chē)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(chē)輛進(jìn)行建模,再依據(jù)車(chē)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(chē)列車(chē)側(cè)向動(dòng)

3、力學(xué)模型或汽車(chē)列車(chē)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(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型。 半掛汽車(chē)列車(chē)是所有汽車(chē)列車(chē)組合結(jié)構(gòu)中最常見(jiàn),也是應(yīng)用最廣泛的車(chē)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(chē)型。本文在通用模型的基礎(chǔ)上對(duì)半掛汽車(chē)列車(chē)的操縱穩(wěn)定性、行駛穩(wěn)定性以及非線(xiàn)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(chē)列車(chē)的操縱穩(wěn)定性不同于普通汽車(chē),文中依據(jù)汽車(chē)列車(chē)側(cè)向動(dòng)力學(xué)模型,建立

4、了半掛汽車(chē)列車(chē)線(xiàn)性模型?；谠撃Ｐ蛯?duì)半掛汽車(chē)列車(chē)進(jìn)行了線(xiàn)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(chē)輛線(xiàn)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(chē)列車(chē)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性和方向盤(pán)正弦輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)特性。 汽車(chē)列車(chē)行駛方向穩(wěn)定性問(wèn)題是影響車(chē)輛行駛安全的一個(gè)重要方面。本文建立了半掛車(chē)的橫向擺動(dòng)微分方程,通過(guò)仿真試驗(yàn),分析了車(chē)輛參數(shù)(五輪聯(lián)接處的阻尼、輪胎側(cè)偏剛度、車(chē)輛行駛速度以及五輪聯(lián)接的位置等)對(duì)

5、車(chē)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(chē)軸距均有助于提高車(chē)輛行駛方向穩(wěn)定性。 在汽車(chē)列車(chē)結(jié)構(gòu)中存在許多非線(xiàn)性因素,包括輪胎非線(xiàn)性,懸架系統(tǒng)非線(xiàn)性,轉(zhuǎn)向系統(tǒng)非線(xiàn)性以及由于鉸接作用引起的幾何非線(xiàn)性等.所以,對(duì)汽車(chē)列車(chē)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行非線(xiàn)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(chē)列車(chē)包括牽引車(chē)側(cè)向運(yùn)動(dòng)以及牽引車(chē)和半掛車(chē)的俯仰、側(cè)傾以及橫擺運(yùn)動(dòng)在內(nèi)的8目由度非線(xiàn)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(chē)列車(chē)的非線(xiàn)性特性進(jìn)行理論和仿真實(shí)驗(yàn)分析,并導(dǎo)出了非線(xiàn)性模型的中心流形方程。建立了車(chē)輛參數(shù)A-B坐標(biāo)系,得出了車(chē)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(xiàn)性仿真分析,研究了車(chē)輛行駛速度、車(chē)輛載荷分布以及制動(dòng)力等因素對(duì)車(chē)輛非線(xiàn)性特性的影響,得出一些重要結(jié)論:車(chē)輛載荷的不對(duì)稱(chēng)分布顯著降低了半掛汽車(chē)列車(chē)的臨界行駛車(chē)速,并縮小了車(chē)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(chē)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(chē)列車(chē)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),仿真模型中采用非線(xiàn)性輪胎模型,并考慮了車(chē)輛的轉(zhuǎn)向系模型。在仿真實(shí)驗(yàn)中,重點(diǎn)研究了車(chē)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(chē)輛瞬態(tài)響應(yīng)特性的影響,仿真結(jié)果表明:增大牽引車(chē)和半掛車(chē)軸距有利于提高車(chē)輛行駛穩(wěn)定性,但是半掛車(chē)軸距的增加同時(shí)也會(huì)帶來(lái)半掛車(chē)后軸橫向擺動(dòng)幅度增大,需要采取相應(yīng)措施抑制掛車(chē)后軸的橫向擺動(dòng)；降低車(chē)輛載荷質(zhì)心,能明顯抑制車(chē)輛的側(cè)傾運(yùn)動(dòng),在高速行駛工況下,掛車(chē)載荷質(zhì)心位置前移會(huì)嚴(yán)重破