半挂汽车列车转弯制动试验方法研究*

李 臣，李兴虎，张红卫，周 炜

(1.北京航空航天大学交通科学与工程学院，北京 100191； 2.交通运输部公路科学研究院运输车辆运行安全技术交通行业重点实验室，北京 100088)



2015135

半挂汽车列车转弯制动试验方法研究*

李 臣，李兴虎，张红卫，周 炜

(1.北京航空航天大学交通科学与工程学院，北京 100191； 2.交通运输部公路科学研究院运输车辆运行安全技术交通行业重点实验室，北京 100088)

转弯制动性能对半挂汽车列车的制动安全有重大影响，针对我国目前半挂汽车列车转弯制动试验标准缺失，传统的单车试验设备不适用于半挂汽车列车等问题，本文中从试验系统搭建、系统安装方式和试验方法与评价等方面对半挂汽车列车转弯制动试验进行了探索性研究。结果表明：半挂汽车列车转弯制动过程中侧向加速度、制动减速度、横摆角速度和牵引车的俯仰角随车速的升高而增加。建议半挂汽车列车转弯制动试验中车速不超过30km/h，转弯半径不小于25m。

半挂汽车列车；转弯制动；试验系统；试验方法

前言

半挂汽车列车的制动系统由牵引车制动系统和半挂车制动系统两部分组成，二者各自独立，又相互协调[1]。半挂汽车列车转弯制动性能是列车在弯道减速行驶时保持预定路线行驶的能力，常用方向稳定性来评价[2]。半挂汽车列车在转弯制动时，在离心力作用下会造成同轴左右车轮载荷差值加大，为防止车轮抱死，制动效能比直线制动时降低，且方向稳定性变差，容易出现折叠、蛇形和摆振现象，甚至会发生侧翻。因此，对半挂汽车列车进行转弯制动性能试验评价具有现实意义。

在半挂汽车列车转弯制动性能研究方面，国内外学者多采用理论计算和模拟仿真等方法研究半挂汽车列车制动力分配、优化设计和改进控制算法提高转弯制动稳定性等[3-8]。在半挂汽车列车转弯制动性能道路试验研究方面，国际标准化组织制定的ISO 14794:2003《重型商用车和客车—转弯制动—开环试验方法》[9]对半挂汽车列车转弯制动试验方法提供了一定的参考。我国标准GB 7258—2012《机动车运行安全技术条件》[10]只规定了半挂汽车列车在直线制动时的要求，评价指标为制动距离和充分发出的平均减速度，没有对转弯制动性能进行评价，目前我国也尚未发布重型商用汽车弯道制动性能试验方法的技术标准。

由于半挂汽车列车结构的特殊性，传统的试验设备只适用于单体车，而不适用于半挂汽车列车。本文对半挂汽车列车转弯制动性能道路试验从系统搭建、试验方法和评价指标等方面进行探索性研究。

1 半挂汽车列车转弯制动

由于半挂汽车列车转弯制动实车道路试验存在危险性，转弯半径过小或制动初始速度过大都有可能造成折叠甚至翻车。因此，在进行实车道路之前，本文中建立了半挂汽车列车转弯制动的数学模型并进行了多次仿真，以确定实车试验时的安全车速和转弯半径。

半挂汽车列车转弯制动时的受力如图1所示。

根据半挂汽车列车受力和动力学相关理论，推导出牵引车运动微分方程如式(1)所示，半挂车运动微分方程如式(2)所示，各车轮的运动微分方程如式(3)所示。

(1)

(2)

(3)

2 半挂汽车列车转弯制动试验

2.1 试验系统搭建

半挂汽车列车转弯制动试验系统由牵引车检测装置、半挂车检测装置、计算机和供电设备等部分组成。牵引车检测装置包括双天线GPS测量仪RLVB20SL(以下简称为VBOX2)、三轴角速度与加速度陀螺仪IMU02、汽车转向盘角测量仪HCZ-1、模拟信号采集器RLVBADC03。半挂车检测装置主要包括三天线GPS测量仪RLVB20SL3(以下简称VBOX3)、三轴角速度与加速度陀螺仪IMU02[11-13]。牵引车和半挂车检测系统组成与连接如图2所示。

2.2 检测系统在半挂汽车列车上的安装

将牵引车和半挂车的检测装置分别布置在牵引车和半挂车上，二者分别单独供电。半挂车检测装置固定在半挂车货厢顶部，距离驾驶室较远，难以实现与计算机的直接连接，在实际试验时采用SD卡采集半挂车的相关数据。检测系统在牵引车和半挂车上的安装情况如图3和图4所示，各测试装置的安装位置如图5所示。

2.3 试验车辆

试验用半挂汽车列车由一汽解放某6×4型牵引车和扬州中集通华三轴厢式半挂车组成，列车转弯制动实车道路试验在定远汽车试验场性能广场进行，试验车辆如图6所示。

试验车辆基本参数如表1所示，表中牵引车前轴到第1根后轴的距离为3.2m，牵引车两后轴之间的距离为1.35m；半挂车牵引销到第1根轴的距离为8.03m，3根并装轴的轴间距离为1.31m。

表1 半挂汽车列车基本参数

2.4 试验方法

试验在平整的水泥路面上进行，试验前测量路面任意方向坡度不大于2.5%，试验时风速为2.3m/s，温度为30°，湿度为60%，气压为10.01kPa。

车辆满载，技术状况达到生产商的技术要求。试验前，对半挂汽车列车预热行驶。

试验时，半挂汽车列车以30km/h的车速沿半径为25m的圆周进行左右各3次转弯制动，试验过程中采集半挂汽车列车的转弯半径、纵向速度、纵向加速度、侧向加速度、横摆角速度和俯仰角等参数。

3 实车试验结果分析

试验中，半挂汽车列车转弯半径随时间的变化曲线如图7所示。

由图7可以看出：半挂汽车列车在转弯过程中，转弯半径基本稳定在25m，转弯开始和制动结束后由于转向轮转角较小，实际曲线中半径也较大。上述转弯半径曲线可与图8中半挂汽车列车转弯轨迹曲线相互印证。

半挂汽车列车转弯制动过程中，纵向速度随时间的变化曲线如图9所示。

由图9可以看出：半挂汽车列车速度从0逐渐上升，到23s时牵引车速度为31km/h，半挂车速度为29km/h，由于是转弯行驶，半挂车速度和牵引车速度略有差别，但二者具有很好的跟随性；随后驾驶员进行紧急制动，牵引车和半挂车的速度迅速下降，到26s时，半挂车速度降为0，牵引车速度在0.7km/h左右波动，说明牵引车在半挂车的作用下发生前后晃动。

半挂汽车列车纵向加速度随时间的变化曲线如图10所示。

由图10可以看出：制动前，牵引车和半挂车的纵向加速度在0附近波动且二者数值基本一致；踩下制动踏板后，纵向加速度迅速增大，到24.9s时达到峰值，牵引车制动加速度为-0.51g，半挂车制动加速度为-0.49g。

半挂汽车列车侧向加速度随时间的变化曲线如图11所示。

由图11可以看出：随着车速的逐渐增大，侧向加速度也逐渐增大，在23s时侧向加速度达到最大值，牵引车为0.32g，半挂车为0.28g，整个转弯过程中半挂车的侧向加速度略低于牵引车，但二者具有较好的跟随性；制动后，半挂车的侧向加速度迅速下降，到26s时达到最低点-0.08g后逐渐趋向于0，牵引车也迅速下降，到25s时出现小的波动后继续下降后趋于0，波动是由牵引车在制动时产生了轻微的侧滑引起。

半挂汽车列车横摆角速度随时间的变化曲线如图12所示。

由图12可以看出：牵引车在整个转弯制动过程中横摆角速度波动比半挂车大，但二者总体上是一致的；牵引车横摆角速度的最大绝对值为0.46rad/s，时间发生在23s，也即制动踏板踩下的时刻，之后迅速减小，在26s时出现反方向的小峰值0.03rad/s后趋于0。

半挂汽车列车俯仰角随时间的变化曲线如图13所示。

由图13可以看出：在转弯制动过程中，牵引车的俯仰角随时间变化较大，最大绝对值达到0.11rad，制动后迅速减小为0后又产生了小的波动，原因是牵引车质量相对半挂车小，转弯制动过程中受半挂车影响较大；半挂车在整个转弯制动过程中俯仰角变化较小，原因是半挂车的质量较大。

4 结论

(1) 利用所搭建的试验系统可以方便地进行半挂汽车列车转弯制动试验中参数的测量。

(2) 半挂汽车列车在转弯制动过程中侧向加速度、制动减速度、横摆角速度和牵引车的俯仰角随速度的升高而增加，实车试验速度建议不超过30km/h，半挂汽车列车转弯半径不小于25m，以免试验过程发生危险。

[1] 郭正康.现代汽车列车设计与使用[M].北京:北京理工大学出版社,2006.

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[11] Racelogic VBOX Intruduction [EB/OL]. Racelogic, http:// www. Racelogic.co.uk,2012.3.

[12] Racelogic IMU02 Intruduction [EB/OL]. Racelogic, http:// www. Racelogic.co.uk,2012.3.

[13] Racelogic RLVBADC03 Intruduction [EB/OL]. Racelogic, http:// www. Racelogic.co.uk,2012.3.

A Study on the Test Methods of Cornering Braking for Tractor-semitrailer Combination

Li Chen1,2, Li Xinghu1, Zhang Hongwei2& Zhou Wei2

1.SchoolofTransportationScienceandEngineering,BeihangUniversity,Beijing100191; 2.KeyLaboratoryofOperationSafetyTechnologyonTransportVehiclesMinistryofCommunication,ResearchInstituteofHighwayMinistryofCommunication,Beijing100088

Cornering braking performance has significant influence on the braking safety of tractor-semitrailer combination. Aiming at the problems of the lack of test standard for the cornering braking of tractor-semitrailer combination in China and the unsuitability of conventional test device for tractor-semitrailer combination, an exploratory study on the cornering braking of tractor-semitrailer combination is conducted in terms of the construction and installation of test system as well as test method and evaluation. The results show that the lateral acceleration, braking deceleration, raw rate and the pitch angle of tractor rise with the increase of vehicle speed, and it is recommended that the vehicle speed should not exceed 30km/h and the turning radius should not less than 25m during the cornering braking of tractor-semitrailer combination.

tractor-semitrailer combination; cornering braking; test system; test methods

*交通运输部重大科技专项(2011318223450)资助。

原稿收到日期为2013年11月1日。