汽車列車側向動力學與仿真.pdf

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

2、車的“折疊”現(xiàn)象,掛車的“甩尾”現(xiàn)象；以及車輛轉彎時的“傾覆”現(xiàn)象。 由于汽車列車為組合車輛結構形式,牽引車與掛車以及掛車之間的相互鉸接作用,使得汽車列車動力學模型建立比普通單車復雜得多,合理、簡潔的車輛模型能夠有助于研究者對車輛動力學特性進行深入的理論和實驗研究。本文采用模塊化建模方法對汽車列車進行動力學建模,首先對具有獨立橫擺運動的單節(jié)車輛進行建模,再依據(jù)車輛之間的約束條件進行組合,然后按照研究的需要將其組合成汽車列車側向動

3、力學模型或汽車列車縱向動力學模型,模型建立的過程相當程式化,可以借助計算機技術建立各種不同組合形式的復雜車輛動力學模型。 半掛汽車列車是所有汽車列車組合結構中最常見,也是應用最廣泛的車型之一。它是我國“十五”期間重點發(fā)展的載重運輸車型。本文在通用模型的基礎上對半掛汽車列車的操縱穩(wěn)定性、行駛穩(wěn)定性以及非線性動力學特性進行了理論和仿真實驗研究工作。 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)汽車列車側向動力學模型,建立

4、了半掛汽車列車線性模型?；谠撃Ｐ蛯Π霋炱嚵熊囘M行了線性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析,提出了操縱穩(wěn)定性評價參數(shù)--相對橫擺角增益,并對車輛線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行了相應評價。通過仿真實驗,分析了半掛汽車列車穩(wěn)態(tài)轉向特性和方向盤正弦輸入下的瞬態(tài)響應特性。 汽車列車行駛方向穩(wěn)定性問題是影響車輛行駛安全的一個重要方面。本文建立了半掛車的橫向擺動微分方程,通過仿真試驗,分析了車輛參數(shù)(五輪聯(lián)接處的阻尼、輪胎側偏剛度、車輛行駛速度以及五輪聯(lián)接的位置等)對

5、車輛行駛方向穩(wěn)定性的影響.結果表明:增大五輪聯(lián)接處的阻尼,輪胎側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。 在汽車列車結構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,對汽車列車動力學進行非線性特性研究是一個非常重要的課題.文中建立了半掛汽車列車包括牽引車側向運動以及牽引車和半掛車的俯仰、側傾以及橫擺運動在內的8目由度非線性動力學模型,運用中心流形和分岔理

6、論對半掛汽車列車的非線性特性進行理論和仿真實驗分析,并導出了非線性模型的中心流形方程。建立了車輛參數(shù)A-B坐標系,得出了車輛主要參數(shù)在A-B坐標系下的穩(wěn)定域,并通過非線性仿真分析,研究了車輛行駛速度、車輛載荷分布以及制動力等因素對車輛非線性特性的影響,得出一些重要結論:車輛載荷的不對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工況下穩(wěn)定性的一個重要參數(shù)。 本

7、文對某型號半掛汽車列車進行了仿真實驗,仿真模型中采用非線性輪胎模型,并考慮了車輛的轉向系模型。在仿真實驗中,重點研究了車輛結構參數(shù)和行駛參數(shù)(高速行駛和低速行駛)對車輛瞬態(tài)響應特性的影響,仿真結果表明: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也會帶來半掛車后軸橫向擺動幅度增大,需要采取相應措施抑制掛車后軸的橫向擺動；降低車輛載荷質心,能明顯抑制車輛的側傾運動,在高速行駛工況下,掛車載荷質心位置前移會嚴重破