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半挂汽车列车操纵稳定性分析与评价研究

李西涛  
【摘要】:半挂汽车列车具有装载运输量大、运输成本低、运输效率高等优势,并且随着我国高等级公路的不断建设,半挂汽车列车在物流运输业中扮演着越来越重要的角色。半挂汽车列车为组合结构形式,牵引车和半挂车通过五轮的耦合来传递纵向和侧向运动,其运动方式比传统乘用车要复杂得多。半挂汽车列车的装载质量和行驶速度也随着技术的进步而逐渐提高,其在行驶过程中容易发生“折叠”、“甩尾”、“横向摆振”等不稳定现象,因此有必要对半挂汽车列车的操纵稳定性进行分析。 本文考虑了牵引车侧向运动和横摆运动,半挂车侧向运动和横摆运动,分别建立了半挂汽车列车四自由度线性与非线性车辆模型,其中非线性车辆模型中轮胎模型采用简化魔术公式轮胎模型,该轮胎模型能够较好的反映车辆实际运动状态中轮胎力的变化。基于线性车辆模型,同时结合牵引车不足转向梯度和半挂车不足转向梯度对半挂汽车列车操纵特性和横向稳定性进行了研究,分析了半挂汽车列车不足转向梯度和相对横摆角增益随车辆结构和使用参数的变化,以相对横摆角增益为评价标准,分析了结构和使用参数引起的半挂汽车列车操纵性能的变化;运用动态系统稳定理论,通过分析牵引车和半挂车不足转向梯度、牵引角增益、系统阻尼比的变化,探讨了“折叠”和“横向摆振”失稳与车辆操纵特性的关系,建立了半挂汽车列车操纵稳定性统一评价方法。基于非线性车辆模型,以操纵图的形式分析了车辆主要结构和使用参数对半挂汽车列车操纵性能的影响,同时与线性车辆模型操纵性能进行了对比;并以A、Y操纵面的形式分析了半挂汽车列车操纵性随车辆运动工况的变化;通过H操纵面及等高图,阐述了半挂汽车列车不足转向梯度的几何意义,分析了车辆在某一运动状态下的稳定性;运用非线性动力学理论,分析了各主要状态变量平衡点的Hopf分岔现象及随运动工况的变化,探讨了半挂汽车列车极限操纵工况下横向失稳机制和规律。


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