惰行工况下汽车列车横向稳定性分析

惰行工况下汽车列车横向稳定性 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 第,,卷第,期 ,,,,年,月河北科技大学学报,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,;,,,,,,;,,,,,,,,,,(,,，,,(,,,,,(,,,,文章编号:,,,,—,,,,(,,,,),,—,,,,—,, 刘宏飞,，许洪国,，徐激, (,(吉林大学交通学院，吉林长春,,,,,,;,(石家庄经济学院数理学院，河北石家庄,,,,,,) 摘要:建立包含可变鞍座阻尼力矩的汽车列车数学模型，采用轻微制动与施加转向轮横向扰动来 模拟汽车列车的惰行工况。仿真分析了该工况下系统横摆加速度和横摆角速度等运动参数的变化 响应，并初步探讨了施加鞍座阻尼力矩对横向稳定性的改善作用。研究结果表明:横向扰动是产生 系统摆振的主要因素，施加适当的鞍座阻尼力矩可有效改善系统横向稳定性。 关键词:半挂汽车列车;鞍座;阻尼;横向稳定性;仿真 中图分类号:,,,,(,文献标识码:, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,—,,,,,,,,,,,,,,,, ——————————————————————————————————————————————— ,,,,,,,,,,,;,,,,,,,, ,，,,,,,,,,,,，,,,,,,—,,,,，,, (,(,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,;,(,;,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,;,,,;,,，,,,,,,,,,,,,,;,,,,,;,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,) ,,,—,,,,,,;,:,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,, ,,,,;,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,;;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,——————————————————————————————————————————————— ,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,( ,,,,,,,,:,,,;,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,;,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,, 牵引车在行使中时常受到挂车的惯性推动和撞击，习惯上称系统处于惰行状态,,矗,。惰行工况是指在中、高速下行驶的牵引车处于非牵引状态(下坡行驶、轻微制动或收油门)时，汽车列车产生的不同程度的横向摆振运动。在惰行工况下，汽车列车往往由于外界的扰动或驾驶员的操作失误，而使车辆处于危险状态，从而导致车辆的操纵性变差，引发折叠和侧翻等事故的发生。 对汽车操纵稳定性的研究，大多是针对于乘用车进行的，虽然理论和试验分析的基本原理、基本方法同样适用于汽车列车，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,,。笔者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，并采用轻微制动加转向轮横向扰动来模拟汽车列车的惰行工况，从而研究和分析汽车列车的横向稳定性。 ,系统数学模型的建立 半挂汽车列车牵引车和挂车既相互独立，又通过鞍座上的牵引销连接存在着相互运动关系，组成了非常收稿日期:,,,,—,,—,,;修回日期:,,,,—,,—,,;责任编辑:李穆 基金项目:国家自然科学基金资助项目(,,,,,,,,)作者简介:刘宏飞(,,,,一)。男，吉林镇赉人，博士，主要从事汽车列车安全及交通事故方面的研究。 万方数据 ,,, 复杂的多自由度空间运动系统。笔者对系统进行了动力学分析，如图,所示。 画 图, ,,,(, ,,,,,,,, 半挂汽车列车横向动力学分析 ,, 图,半挂汽车列车连接点力学分析 ——————————————————————————————————————————————— ,,,(, ,,,,,,,, ,, ,,,,,,,,,, ,,,,,,;,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,, ,,,;,,,,,,;,,,,;,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,, 引入牵引车质心侧偏角卢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，见图,。 牵引车横向力平衡方程:,“(函，,),,,,,,醣，,，只; ‘ (,)(,)(,)(,) 牵引车横摆运动方程:工:,,口,，,,,毋,,，,—,，;—,,;挂车横向力平衡方程:,,,,(参,，,,),,:一,;; 挂车横摆运动方程:工写,,心,,,:,,一,知,。 式中:卢，?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;,，为牵引点侧向力 在牵引车坐标系分量;,，为牵引车前轮侧向力;,为牵引车与半挂车中线夹角;,:为牵引车绕质心转动惯量;艿，为牵引车前轮——————————————————————————————————————————————— 偏转角。式中相关的半挂车参数均用上角标?”表示。 考虑到汽车列车直线行驶时，在中、高速状态下牵引车和挂车的相对角很小，所以,,,??,，即“,,,。牵引车和半挂车牵引销受到的侧向力只一彰，令,,,西?,，则有 只,,,,,“(参，,)一,，一,， 其中:,，,,，,毋,,,,乒,,,;晶一;,,,,,,，,?,,,; ，,,,,, (,) ,,,,,,,,?,,。:,一口，坚卫之幽,。 (,)(,) ; 牵引座接触面的相对转动阻力矩为嗨,,，毋，其中;，为鞍座转向阻尼系数。 将式(,)、式(,)代人式(,)一式(,)中，消去式中的未知力，导出关于冒，,，,，，,的运动方程组，并用矩阵表 示为,坐掣，,,:,，。 其中:,,,卢，,，,，，胡,; (仇，,,)“ ，咒“, ‘一,,。 ,, ——————————————————————————————————————————————— 。一, , , ,:, ,口“ , ,: , ;,,,;，;，(口，,);户,,,,; ;,，;,，;: 口, ;，(口，;),;，(,一,) (;，口,;，,—;,),“，优,,;:,(口，,)，, 力(,一;),,,，,“;,(;芦,,;，,),,，,名,;, ,,，,,,, —, 一,,(口,，,,),乩，,,, , ,, , (;，，;，)口,,,;,,, , ——————————————————————————————————————————————— ;,(口,，,,),,,“ , 一,名, , 万方数据 ,,, 河北科技大学学报 ,,,,焦 式中:,为牵引车横摆角速度;,为半挂车横摆角速度;,，为牵引车前轮侧向力洱为牵引车后轮侧向力;,，为牵引车前轮侧偏刚度;,，为牵引车后轮侧偏刚度;;:为半挂车后轮侧偏刚度。,惰行工况下的横向稳定性 笔者对国外某半挂汽车列车(参数见文献,,,,)在行驶速度为,,,,,时进行了操纵稳定性仿真试验。采用轻微制动(参见图,)加上前轮横向扰动(参见图,)的计算机仿真方式来模拟惰行工况。对半挂汽车列车的制动响应、横摆角速度、质心横向加速度等参数的变化响应进行了仿真研究‘引。 ,,, ， , , , ——————————————————————————————————————————————— ,髓揭,,蝎驿针 , ,, , 加加加加, , —,、援星辩辑锭,, ,,,,,, 时间，, 时间，, ——一牵引车;，一半挂车 图, ,,,(, 半挂汽车列车直线制动速度图,横向扰动下的半挂汽车列车前轮转角 ,,,(, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;, ,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,, 图,是半挂汽车列车质心制动减速度变化曲线。对比图,与图,，在图,的,(,,时刻以后质心制动速度开始大幅下降，在下降初始——————————————————————————————————————————————— 阶段由于牵引车和半挂车的制动系统均发挥作用，所以半挂车对牵引车的跟随性较好，一般不会产生牵引车的制动“摆头”现象。在图,的,(,,时刻以后牵引车质心加速度开始出现明显波动，加速度的波动主要体现在两车之间力相互作用的结果。这是由于汽车列车各轴的制动顺序和制动强度不一致，半挂车由于惯性对牵引车产生的冲击引起的。在,(,,以后，系统减速度的绝对值明显减小，且两车均呈现出反相位的衰减趋势，但牵引车的变化幅值要大于半挂车，这是两车间互相冲击、相互作用的过程。 巳 ? , ? 越 ,,,, 鬣怒瑶 龟 蝗薜排 ——一牵引车;„,半挂车 图,整车质心制动减速度曲线 ,,,(, ,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,;,, ——————————————————————————————————————————————— ,,,(, 时间，, 图, 牵引车质心横向摆振加速度曲线 ,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,;;,,,,,,,,,,, ,,,;,,, ,,,,,;,, 车辆在行驶过程中，驾驶员对车辆特别是对牵引车的状态感受是驾驶员判断车辆行驶安全与否的重要信息之一。因此牵引车的横摆加速度曲线是研究汽车列车横向稳定性的重要组成部分。 图,为牵引车质心横向摆振加速度变化曲线。对前轮施加转向扰动后可以看出，,(,,,时牵引车横向 万方数据 摆振加速度达到最大值，但较图,中,(,,时刻的最大扰动稍有滞后，但在波形和幅值的变化上基本一致，因此在前半时间段，牵引车质心横向加速度响应曲线对作用于牵引车前轮的扰动是非常敏感的。在后半段扰动结束后，受到制动减速度和两车体间的相互作用的影响，牵引车质心横向加速度呈现出不断衰减状态，但总趋势是趋于稳态的。在总体上，横向扰动是牵引车横向摆振产生的主要因素。 图,中，牵引车与半挂车横摆角变化曲线存在相位差，但变化频率、幅值基本相同。两车体中心线相对夹角在,(,,时达到最大值——————————————————————————————————————————————— ,(,。，与图,中牵引车横摆加速度达到最大值的,(,,,时相比稍有滞后，且两车相对侧向位移的跟随性(两曲线之间的“间隙”)也体现出了与质心横摆加速度的良好吻合性。在受到大加速度横向扰动时，跟随性变差;反之，跟随性较好。 , , 搬, 晕,,静 颦趔 麟 颦 ——一牵引车;士一半挂车;„,一两车体中心线夹角时间,, 图,半挂汽车列车的横摆角度变化曲线图,五轮阻尼改变时横摆曲线 ,,,(,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,五轮阻尼力矩对横向摆振的影响 对于汽车列车横向稳定性的研究和控制，大多是从牵引力控制的角度出发，通过监测和控制每个车轮的牵引力，对在恶劣行驶条件下或主观判断错误的情况下提高车辆稳定性。但该系统比较复杂和庞大，并不能完全适用于中国现有的半挂汽车列车，因此图,探讨了对鞍座——————————————————————————————————————————————— 接触面适当施加阻尼力矩,，来改善半挂汽车列车的横向稳定性。 图,是车速“,,,,,,，施加,种不同阻尼力矩时的系统横向摆振仿真曲线。在系统出现横向摆振的初期，施加阻尼力矩可使半挂车横向摆振的幅值、频率得到衰减，从而提高半挂汽车列车直线行驶稳定性。相似模型试验结果也表明?，在鞍座处施加适当的阻尼力矩对系统横向摆振具有很好的控制效果。但在模型试验中也发现，在横向摆振得到改善的同时也使车辆的行驶灵活性变差。因此，对施加阻尼力矩的大小、时机和方式还有待于进一步研究。 ,结语 在半挂汽车列车系统动力学模型基础上，结合半挂汽车列车的运动特点，研究了惰行工况下系统运动参数的变化和响应。通过计算机仿真得知:半挂车的参数响应较牵引车滞后，但两者又相互作用及影响;半挂车更容易受到横向加速度作用的影响，其变化的灵敏度要高于牵引车;鞍座阻尼对系统横向稳定性具有良好的改善作用，但也使车辆的行驶灵活性变差，因此其作用机理及控制方式还有待于进一步研究。 参考文献: ,,,,,,,,,,，,,,,,,,,(,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,，,,(,): ,,,,,( ——————————————————————————————————————————————— ,,,金子哲也，景山一郎(大型建结卓面。制勤晴;:凳生,卜为固有现象力抨佃，:明中为研究,,,(日本棱械学会,,回交通物流部朗缝会工三，七,,,;,(,,(,(,:,,(,(,，,,,,(,,,—,,,( 万 方数据 ,,,河北科技大学学报,,,,钽 郭孔辉(汽车操纵动力学,,,(长春:吉林科学技术出版社，,,,,( 魏鑫。张迅，田景墒(最新国外汽车车型手册,,,(北京:机械工业出版社，,,,,( 刘宏飞(半挂汽车列车横摆动力学仿真及控制策略研究,,,(长春:吉林大学，,,,,( 嘲嘲嘲嘲许洪国，刘宏飞，关志伟，等(基于相似模型的汽车列车横向摆振试验研究,,,(江苏大学学报，,,,,，,,(,):,,,—,,, ，?‘,‘,‘,卜?，,—卜,，一，——卜,—卜,—?‘,—，(——卜,‘卜,。卜,—，——?—?，,，,—，,,，,—卜,—,—斗,—卜,。卜—。,—?—卜,—卜,?卜——卜,??，,。—?—?—卜,—卜,—卜,‘?卜,，,，?，,‘,卜一，,，,—，?,—卜,—卜,—卜——卜,—?—,?卜?(上接) 越 强 ——————————————————————————————————————————————— 图,样品的,,,图,,氢氧化镁样品的,,,照片 ,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,(,,),,,,,,, ,(,激光粒度图 图,,为样品的激光粒度分布图，激光粒度 (,。。)为,,,(,,,,，颗粒分布较窄，说明产品颗粒魁 暖 大小均匀。 ,,, ,结论,,(,?,,,) ,)轻烧粉采用酸溶氧化法精制氯化镁，得到铁图,,激光粒度分布图 质量浓度为,(,,,,,,,的氯化镁溶液。,,,(,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,)以精制氯化镁和氢氧化钠为原料制备的氢氧化镁产品纯度大于,,,，,,,质量分数低于,(,,，铁质量分数为,(,,,,,，达到了国家行业标准要求;氢氧化镁产品为片状结构，粒度均匀。 参考文献: ,,,庞卫锋，陆强，汪瑾，等(超细氢氧化镁的制备工艺与方法研究进展,刀(化学世界，,,,,(,):,,,—,,,( ,,,张军，纪奎江，夏延致(聚合物燃烧与阻燃技术,,,(北——————————————————————————————————————————————— 京:化学工业出版社，,,,,( ，,,,,,,,,,，,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,，,,:,,—,,( ,,,,,,，,,(,,,;,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,，,,(,):,,,—,,,( ,,,,，,,,,,，,,,,,,,,，,,,,,,，,,,,(,,,,,,;,,;,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ;,,,,,,,,;,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,;,,,,,,;,,,,,,,，,,,,，,,(,):,,,—,,,( ,,,,,,,，,,,,，,,,,,,,，,,,,(,,,,,,,,,,,,;,,,,;,,,,,,,,,,,,,——————————————————————————————————————————————— ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,, ,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,。,,,,。,,,(,):,,—,,( ,,,,，,,,,,,，,,,，,,,，,,，,,,,,,，,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,;— ,,,,,,,,,,,,,(，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,;,,,,,,,,,,;,,,,(,,,,,,:,,，,,,,(，,,,一，,,,( 万 方数据 ———————————————————————————————————————————————