半掛汽車列車高速行駛轉(zhuǎn)彎制動特性分析_圖文

1、年月第卷第期東北大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）（）半掛汽車列車高速行駛轉(zhuǎn)彎制動特性分析姜豐洪巖王鐵光（東北大學(xué)理學(xué)院，沈陽）賈書惠（清華大學(xué)工程力學(xué)系，北京）摘要建立了半掛汽車列車剛體自由度的力學(xué)模型應(yīng)用多體系統(tǒng)動力學(xué)中的方法列寫丁非線性運(yùn)動微分方程編制了半掛汽車列車操縱穩(wěn)定性和制動特性的通用仿真程序?qū)Π霋炱嚵熊囋诟咚傧聼o制動轉(zhuǎn)彎、直線制動特性進(jìn)行了仿真計算結(jié)果表明，高速工況下，發(fā)生折疊現(xiàn)象的前輪轉(zhuǎn)向角比低速工況要?。划?dāng)在牽引車后車輪加制動力時，半掛汽車列車容易出現(xiàn)折疊現(xiàn)象關(guān)鍵詞多體系統(tǒng)動力學(xué)，半掛汽車列車，操縱穩(wěn)定性，制動特性分類號半掛汽車列車由于其自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在行駛（特別是高速行駛）和制動過

2、程中，與單車相比其穩(wěn)定性有所降低并產(chǎn)生了一些特有的如折疊、甩尾等現(xiàn)象“這些現(xiàn)象的產(chǎn)生增加了半掛汽車列車發(fā)生事故的可能性是半掛汽車列車在使用中的極大障礙“多體系統(tǒng)動力學(xué)”是一種適合于計算機(jī)求解的程式化方法其中的（凱恩）方法【，具有推導(dǎo)過程簡便，方程個數(shù)少的優(yōu)點(diǎn)通過適當(dāng)?shù)剡x取偽速度可使約束反力在方程中出現(xiàn)或消去，具有較大的靈活性，并且可以在不改變原方程的情況下，任意添加一個或多個物體，便于模塊化設(shè)計計算程序，其擴(kuò)展形式可適用于非完整約束情況如果采用模態(tài)坐標(biāo)還可以推廣到彈性體用方法列寫的動力學(xué)方程為一階微分方程組，可以方便地編制計算機(jī)求解程序本文采用方法列寫了半掛汽車列車的動力學(xué)方程采用模塊化方法編

3、制了半掛汽車列車的仿真程序模擬計算丁無制動力轉(zhuǎn)彎工況（低速和高速）；直線制動工況（高速）半掛汽車列車力學(xué)模型以三軸牽引車、二軸集裝箱半掛汽車列車為研究對象將半掛汽車列車簡化為個剛體個自由度如圖所示各剛體為：；一牽引車懸掛質(zhì)量；，圈半掛汽車列車力學(xué)模型，一半掛車懸掛質(zhì)量；，。一牽引車前、后非懸掛質(zhì)量；一半掛車非懸掛質(zhì)量；，一左、右轉(zhuǎn)向輪。一轉(zhuǎn)向盤；，一牽引車后左、右車輪；，一一半掛車左、右車輪各坐標(biāo)系為：一靜止坐標(biāo)系初時刻，汽車列車前進(jìn)方向為，軸，向右為軸，向下為軸；一一第剛體結(jié)體坐標(biāo)系初時刻各軸方向與靜系相同，為第剛體質(zhì)心各廣義坐標(biāo)為：一剛體的質(zhì)心坐標(biāo)和姿態(tài)坐標(biāo)；一分別為，和剛體相對。剛體的轉(zhuǎn)

4、角和距離；一分別為剛體相對剛體的轉(zhuǎn)角和距離；，一分別為轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向角；，收到男，講師；男，教授；男，教授國家自然科學(xué)基金資助項目（編號：），第期姜豐等：半掛汽車列車高速行駛轉(zhuǎn)彎制動特性分析一車輪轉(zhuǎn)動角系統(tǒng)的動力學(xué)方程根據(jù)本系統(tǒng)中各剛體速度和角速度的表達(dá)式，選擇偽速度為：“，塒；，其中。，均為吼和的函數(shù)由偽速度的表達(dá)式和約束方程，可將廣義速度表示為偽速度的線性組合：亂職肼；，則由速度的表達(dá)式可得第剛體第，偏速度為，善豢昵，于是廣義主動力和廣義慣性力為蠢。：一？蠢？舌；一其中，？為第剛體的主動力和慣性力，由動力學(xué)方程：？，可得動力學(xué)方程：此方程為一階非線性微分方程組，其中，為偽速度列陣?！?/p>

5、，為系統(tǒng)的慣量矩陣【，一，為與廣義坐標(biāo)、廣義速度等有關(guān)的量計算機(jī)仿真程序所編制的半掛汽車列車操縱穩(wěn)定性和制動性通用仿真計算程序，在機(jī)上進(jìn)行了仿真計算該程序提供了三種輪胎力學(xué)模型，它們是清華大學(xué)萬嘉璜教授建立的非線性輪胎力學(xué)模型、郭孔輝”的全工況輪胎力學(xué)模型和所應(yīng)用的力學(xué)模型并可改變和添加其它結(jié)構(gòu)適合于單車和半掛汽車列車的操縱穩(wěn)定性、制動性和平順性的非線性工況的計算分析具有使用方便、運(yùn)行可靠、易于維護(hù)、可擴(kuò)充性好等優(yōu)點(diǎn)程序的功能為：（）可模擬車型：單車；三軸半掛汽車列車；五軸半掛汽車列車（）可模擬工況：無制動力轉(zhuǎn)彎特性；直線制動特性；轉(zhuǎn)彎制動特性；方向盤角輸入特性；方向盤力輸入特性計算結(jié)果分析根

6、據(jù)規(guī)定，在高級公路上行駛的車輛車速一般在每小時左右，為了加深對半掛汽車列車在這一車速下動力學(xué)特性的認(rèn)識，主要計算了此工況下半掛汽車列車的無制動轉(zhuǎn)彎特性和直線制動特性，并與低速工況下的結(jié)果進(jìn)行了對比分析在北京騰威掛車廠技術(shù)科、北京市市政一公司動力處和內(nèi)蒙古機(jī)械廠技術(shù)人員的幫助下，查找和計算了些有關(guān)牽引車和半掛車結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)另外一組數(shù)據(jù)是文獻(xiàn)】中所應(yīng)用的半掛汽車列車的計算數(shù)據(jù)模擬計算結(jié)果的驗證首先用文獻(xiàn)中的計算結(jié)果對方程和計算程序進(jìn)行了檢驗對比，計算車速是圖是計算無制動力轉(zhuǎn)彎工況下，轉(zhuǎn)向輪的不同轉(zhuǎn)向角輸入（）時牽引車與半掛車的橫擺角的差隨時間變化的曲線圖是對應(yīng)的牽引車橫擺角速度田低速無制動轉(zhuǎn)彎牽引車

7、與半掛車橫擺角的差；一；一；圉低速無制動轉(zhuǎn)彎牽引車的橫擺角速度；一；一：一出東北大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）第卷此結(jié)果與文獻(xiàn)中對應(yīng)的計算結(jié)果是十分接近的，在轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角輸入大于等于時，牽引車與半掛車的橫擺角的差和牽引車的攢擺角速度突然變大，出現(xiàn)了折疊現(xiàn)象由此驗證丁本文方程和計算程序的正確性高速下無制動轉(zhuǎn)彎特性的計算圖是高速下（車速）無锏動力轉(zhuǎn)彎工況的牽引車與半掛車的橫擺角的差，圖是對應(yīng)的牽引車橫擺角速度田高遺無伽動轉(zhuǎn)彎牽引車與半掛車橫擺角的差一；囝贏毫無制動轉(zhuǎn)彎牽引車的橫攝角速度；：從以上二圖可以看到在車速達(dá)到時，牽引車與半掛車的橫擺角的差在轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角輸入小于時是穩(wěn)定的，半掛汽車列車處于穩(wěn)定轉(zhuǎn)

8、彎狀態(tài)，而等于或大于時，牽引車與半掛車的橫擺角的差出現(xiàn)了突然變大的情況。對應(yīng)的牽引車橫擺角速度也變大，即出現(xiàn)了折疊現(xiàn)象而圖圖中低速工況下出現(xiàn)折疊現(xiàn)象是在轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角輸入等于時由此可知高速工況下比低速工況下更容易出現(xiàn)折疊現(xiàn)象線制動特性的計算圖是在汽車列車直線行駛工況下，分別在牽引車前、后車輪和半掛車車輪加制動力時，牽引車的橫擺角速度圖是對應(yīng)的半掛車橫擺角速度圉高遺線制動牽引車的橫攉角遮鷹一牽引車后輪制動；一牽引車前輪制動，半掛車輪制動田高遺線制動半掛車擅攝角遺度一牽引車后輪翩動；牽引車前輪制動半掛車輪制動從圖中可以看到當(dāng)牽引車前輪和半掛車車輪加制動力時，半掛汽車列車處于穩(wěn)定直線行駛狀態(tài)而當(dāng)在牽引車后輪加制動力時，牽引車的橫擺角速度出現(xiàn)了急劇變化，對應(yīng)的半掛車橫擺角速度也向相反方向變化但是半掛車橫擺角速度的變化比牽引車的橫擺角速度的變化要小得多，說明出現(xiàn)了折疊現(xiàn)象結(jié)論（）半掛汽車列車高速行駛無制動力轉(zhuǎn)彎工況下比在低速行駛同工況下更容易出現(xiàn)折疊現(xiàn)象（）半掛汽車列車高速直線行駛工況下，在牽引車前輪和半掛車車輪加制動力時，半掛汽車列車是安全的，而當(dāng)在牽引車后輪