基于TRUCKSIM的牵引车-半挂车侧翻的瞬态研究

2020-10-21孙会来张廷猛李研强李传康陈浩刘增强

汽车实用技术 2020年11期

孙会来　张廷猛　李研强　李传康　陈浩　刘增强

摘要：半挂汽车再成为现代中长公路的运输中重要的运载工具，与单体货车相比牵引车-半挂车之间的特殊的连接方式使半挂车的动力学系统变得复杂。由于半挂车的纵向尺寸长、车轮距小、质心高、载重量大的特点，在高速行驶过程中转弯、超车、变道时稳定性急剧下降，容易发生事故。通过查阅前人研究，结合查阅到的资料与自己的实践经验相结合提出研究的方向，归纳得到了合理的研究方法和探索思路。通过查阅典型试验工况试验的国家标准和国际标准，为本文的车辆仿真试验提供了可靠的指引，确定了各试验的侧重点，并制定了相应试验的实验内容和试验方法。根据已有数据，参考了某款牵引车产品，通过部分车辆参数的计算，完成了车辆设计的主要步骤和相应内容。试验中应用了TruckSim软件，掌将理论模型与软件相结合，最后建立了基于TruckSim的整车模型。进行仿真试验，建立对应的环境模型，对多参数之间的关系进行探索，对数据进行收集、整理和分析，并确定各种试验工况下的侧翻的极限值域。关键词：重载汽车;侧翻;Trucksim仿真;模型构建中图分类号：U467 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2020）11-124-04

Abstract： Semitrailer has become an important vehicle in the transportation of modern medium and long highway. Compared with single truck， the special connection between tractor and semi-trailer makes the dynamic system of semi-trailer more complex. Due to the characteristics of the semi-trailer， such as long longitudinal dimension， small track width， high center of mass and large load capacity， the stability of the semi-trailer decreases sharply during turning， overtaking and lane changing， which is easy to cause accidents. Through consulting the previous studies， combining the materials and practical experience， the paper puts forward the research direction， and summarizes the reasonable research methods and exploration ideas. By referring to the national and international standards of the typical test condition test， this paper provides reliable guidance for the vehicle simulation test in this paper， determines the key points of each test， and formulates the corresponding test contents and test methods. According to the existing data， referring to a certain tractor product， the main steps and corresponding contents of vehicle design are completed through the calculation of some vehicle parameters. In the experiment， the software of trucksim is applied， and the theoretical model is combined with the software. Finally， the whole vehicle model based on trucksim is established. Carry out simulation test， establish corresponding environment model， explore the relationship between multi parameters， collect， sort and analyze the data， and determine the limit range of rollover under various test conditions.Keywords： Heavy duty vehicle; Rollover; Trucksim Simulation; Model buildingCLC NO.： U467 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2020）11-124-04

前言

半掛汽车再成为现代中长公路的运输中重要的运载工具。与单体货车相比牵引车与半挂车之间的特殊的连接方式使半挂车的动力学系统变得复杂。由于半挂车的纵向尺寸长、车轮距小、质心高、载重量大的特点，在高速行驶过程中转弯、超车、变道时稳定性急剧下降，容易发生事故。

1 汽车动态侧翻的条件与评价指标

（2）在相关仿真实验中，大都是以汽车瞬时侧向加速度阈值来评判汽车是否有发生侧翻的危险。但是侧向加速度并不能直观的反应汽车是否发生了侧翻。所以本文以横向载荷转移率（LTR）的变化作为判断汽车是否发生侧翻的主要指标，以簧载质量侧倾角、质心侧偏角和航向偏离角作为辅助判断条件。

横向载荷转移率的定义为左、右轮胎侧垂直载荷之差与整车总的垂直载荷之比，表达式：

当汽车发生侧倾时，汽车垂直载荷在左、右车轮上重新分配，LTR的范围在[-1，1]，当LTR=0时，汽车并没有侧倾，更不会发生侧翻。当LTR=±1时，即一侧轮胎垂直载荷为0，轮胎离地，汽车濒于侧翻。此时处于不稳定的侧倾状态。假设一车辆在转弯时两车轮被抬起，为保持平衡，车辆的侧倾角必须精确的和侧向加速度数保持相对平衡，任何增加侧倾角的轻微扰动都将降低侧向加速度的平衡值，若任其发展，则车辆侧倾状态将在极短的时间内迅速发展成完全侧翻。

2 仿真车辆参数及工况

本文在Trucksim的环境下，根据实车参数建立了包括汽车几何参数、簧载质量、轮胎模型、转向系统、空气动力学系统、制动系统、动力总成以及道路建立仿真模型。相关参数如下：

整车重量：8800（kg）

牵引总质量：40000（kg）

整车外形尺寸：7275*2550*3610（mm）

輪距：前：2041mm 后：1830/1830mm

轴距：3200+1400mm

类型：半挂、牵引

轮胎数：12

道路模型形状选择直线200M半径40M的椭圆公路，东西航向。道路附着参数为0.85，模拟较高附着系数的良好路面。

3 仿真结果分析

汽车在5秒时驶入弯道，驾驶人员开始操作方向盘进行转弯，6.3秒时达到最大角度，并在7.3秒停止输入，此时仿真实验停止，说明汽车发生侧翻。