重型半挂车的动力学建模及侧倾稳定性分析VIP专享VIP免费

第28卷第1期辽宁工业大学学报Vol.28,No.12008年2月JournalofLiaoningUniversityofTechnologyFeb.2008收稿日期：2007-04-18基金项目：国家863高技术研究发展计划资助项目（2006AA110104）作者简介：宗长富(1962-)，男，辽宁抚顺人，教授，博士，博士生导师，主要研究方向为汽车动态仿真与控制。重型半挂车的动力学建模及侧倾稳定性分析宗长富1，麦莉2，李雅娟3（1.吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室,吉林长春130025；2.吉林大学机械科学与工程学院,吉林长春130025；3.辽宁陆平机器股份有限公司，辽宁铁岭112001）摘要：在Matlab/simulink中建立重型半挂车的数学模型及动力学仿真模型，进行变车速阶跃转向输入下，车辆结构参数对其侧倾稳定性影响的仿真分析。得出重型半挂车侧倾稳定性与主要结构参数和不同车速间的内在关系，为重型半挂车侧倾稳定性设计提供理论依据。关键词：重型半挂车；动力学建模；侧倾稳定性中图分类号：U463.4文献标识码：A文章编号：1005-1090(2008)01-0052-05DynamicModelingandRollStabilityAnalysisofHeavyTractorSemi-trailersZONGChang-fu1,MAILi2,LIYa-juan3（1.StateKeyLaboratoryofAutomobileDynamicsSimulation,JilinUniversity,Changchun130025,China;2.CollegeofMechanicalScience&Engineering,JilinUniversity,Changchun130025,China;3.LiaoningLupingMachineLtdCompany,Tieling112001,China）Keywords:heavytractorsemi-trailers；dynamicmodeling;rollstabilityAbstract:Theresearchwasmadeforsettingupdynamicmodelofheavytractorsemi-trailers,inclusiveofsimulatingrollstabilitywiththesteeringstepinput.Thestructureparametersaffectingrollstabilitywasalsoanalyzedthroughsimulation.Therelationshipbetweenrollstabilitywithmainstructureparametersanddifferentvehiclespeedswasobtainedforheavytractor＇ssemi-trailers,whichlaiddownthebasisforstabilitydesign.1前言重型半挂车具有载重量大、纵向尺寸长、整车质心高的特点，与其它公路车辆相比，其侧翻稳定极限较低。而驾驶员一般位于车辆前部，经常意识不到发生在车尾的不稳定。在侧翻事故发生时，几乎所有的驾驶员都无法查觉到侧翻的发生。因此，提高重型半挂车的侧倾稳定性对保证公路运输安全意义重大。重型半挂车作为货物运输工具，因其形状尺寸较大，一些重要结构参数在侧倾稳定性设计中影响很大并具有一定范围的调整空间，这就要求车辆研发人员进行详细细致的工作以保障设计出的重型半挂车辆具有良好的侧倾稳定性。本文针对重型半挂车的侧倾稳定性问题的研究，在Matlab/simulink中建立某款重型半挂车的数学模型及车辆动力学仿真模型，进行变车速阶跃转向输入下，车轴的载荷转移情况的仿真分析。在此基础之上进行车辆结构参数分析，研究车辆结构参数和车速对侧倾稳定性的影响。2牵引车-半挂车动力学建模模型分析假设：在水平路面上研究重型半挂车第1期宗长富等：重型半挂车的动力学建模及侧倾稳定性分析53的侧倾和操纵性能时，可以忽略俯仰和垂直运动。故可作如下假设：（1）牵引车转向轴和驱动轴采用非独立悬架模；（2）半挂车集中质量车轴采用独立悬架模型；（3）悬架弹簧和阻尼均为线性，且二者平行；（4）轮胎侧偏角和侧向力之间是非线性关系；（5）第五轮的侧倾挠性用线性扭转弹簧来模拟；（6）第五轮不传递横摆力矩；（7）忽略簧下质量的转动惯量；（8）第五轮不传递横摆力矩；（9）忽略簧下质量的转动惯量。2.1牵引车模型的建立坐标系选取：坐标系与地面固连；O点初始位于以牵引车静止时的质心铅垂线与侧倾轴的交点；X轴过O，指向车辆前方；Y轴过O，指向车辆左方；Z轴过O，指向车辆上方。牵引车受力分析如图1、2所示：YxylyP,2ryP,2V1β2δ1ϕ1ψboO1yF()21rkφφφ−X图1牵引车模型俯视图ylyP,2ryP,2z()[]111111φψββ�����hVVVms−++1φ1ho()()11111ψββ���VVVmms++−图2牵引车侧倾模型牵引车的运动动力学方程为：()1111111,11,11,11symVVVmhYYYFβψδββψφβψδ++−=++−�������(1)11,1,11,11,1111yrxzzzFbNNNII−++=+δψβφψδψβ...