基于鞍座因素的半挂汽车列车横向稳定性研究摘要:针对轿车操纵稳定性研究方法在汽车列车研究中的局限性,探讨了一种适合于研究汽车列车操纵稳定性的方法和改善措施。根据所建包含鞍座阻尼的半挂汽车列车系统动力学模型,进行了“S”移线工况下汽车列车运行状态的计算机仿真与分析,揭示了挂车相对牵引车侧倾角、横向加速度等运动参数的变化响应,并通过施加鞍座阻尼力矩来改善系统的横向稳定性。研究结果表明阻尼力矩能有效减小系统的横摆振幅和摆振频率,为研究半挂汽车列车操纵稳定性提供了参考和借鉴。关键词:汽车列车;数学模型;横向稳定性;阻尼力矩;计算机仿真:U469.5文献标识码:AResearchofLateralStabilityofTractor-semitrailerbasedonsaddlefactorLIUHong-fei,XUHong-guo,TANLi-dong,DONG激n-song(CollegeofCommunications,激linUniversity,Changchun,激lin130025China)Abstract:Consideringthelimitationsthatthehandlingstabilityresearchmethodsofcarswereappliedtotractortrailer,anewresearchmethodandimprovementmeasureforhandlingstabilityoftractor-semitrailerwasdiscussed.Systemdynamicsmodeloftractor-semitrailerincludingsaddledampingparameterwasestablished,andcomputersimulationwasdoneunder‘S’lane-changeworkingconditions.Therelativechangeresponsescharacteristicoftractor'smotionparameters,suchasrollingangleandlateralaccelerationetc,wererevealedthroughcomparativeanalysis.Thelateralstabilityofsystemwasalsoimprovedthroughapplyingsaddledampingtorque.Theresearchresultsshowthatitcanreduceyawamplitudeandshimmyfrequencytoapplydampingtorquetosaddle,whichprovideareferenceforresearchonhandlingstabilityoftractor-semitrailer.Keywords:trucktrailers;mathematicalmodels;lateralstability;dampingtorque;computersimulation汽车列车运输的发展,使高速、便捷、安全成了必然要求。而近年来汽车列车交通肇事所带来的巨大经济损失,使其行驶安全性和行驶稳定性越发引起了研究者的广泛关注1。汽车列车的横向失稳现象,是汽车列车系统动力学和行驶安全性研究的难点,也是汽车列车设计、试验和使用的重点2。汽车列车横向稳定性不仅影响到驾驶的操纵方便程度,而且也是决定汽车列车高速安全行驶的一个主要因素3。对汽车操纵稳定性的研究,大多是针对乘用车进行的,虽然理论和试验分析的基本原理、基本方法也适用于汽车列车,但由于二者的结构差别很大,因而分析研究的重点也大不相同4。半挂车运输具有装载量大,运输经济性好等优点,但鞍座联结(Coupler)的半挂车又具有折叠、横摆和甩尾等特有现象。研究半挂车对牵引车的操纵响应及其对牵引车的动力学影响,都要比单车操纵稳定性的研究复杂得多[5][6]。论文为区别于通常的单车操纵稳定性研究,建立了包含鞍座阻尼在内的整车动力学模型,并采用非典型工况来考察汽车列车的横向响应,从改变鞍座阻尼角度出发提出了改善半挂车操纵稳定性的措施。1系统数学模型的建立半挂汽车列车的牵引车和挂车既相互独立,又通过鞍座上的牵引销联结存在着相互运动关系,组成了非常复杂的多自由度空间运动系统[7]。论文对系统进行动力学分析,如图1所示。图1汽车列车横向动力学分析Fig.1TractorTrailerLateralDynamicAnalysis引入牵引车质心侧偏角和半挂车质心侧偏角,对连接点进行受力分析并附加转向阻力矩,如图2所示。图2联结点横向动力学分析Fig.2CentreofCouplingLateralDynamicAnalysis牵引车横向力平衡方程(1)牵引车横摆运动方程(2)挂车横向力平衡方程(3)挂车横摆运动方程(4)式中:为牵引车和半挂车的质心侧偏角,为鞍座和牵引销处的转向阻力矩。其他各结构参数的物理意义见表1。表1汽车列车结构参数符号Tab.1StructuralParametersSymbolsforTractorTrailer符号物理意义单位符号物理意义单位m牵引车质量kgu牵引车纵向车速m/s半挂车质量kg半挂车纵向车速m/s牵引点至半挂车质心距离m牵引车横向车速m/s挂车后轴至挂车质心距离m半挂车横向车速m/sa牵引车前轴至牵引车质心距离m牵引点侧向力在牵引车坐标系分量N...