【摘 要】
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汽车拖车组合系统(Car-trailer combinations,CTCs)是一类集成了乘用与旅行生活娱乐功能为一体的铰接式车辆。在行驶过程中,由于牵引车和拖车的动力学耦合,CTCs系统比家用轿车更容易达到动态临界车速而出现复杂的动力学失稳现象,即车身摆振,这为道路交通安全带来了巨大的隐患。在车辆系统动力学领域的研究中,本文首次系统性地针对CTCs系统参数对后向放大效应和转向系统参数对车身摆振的
【基金项目】
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国家自然科学基金(51605087); 江苏省青年科学基金(BK20160671); 江苏省研究生科研与实践创新计划项目(SJCX18_0020);
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汽车拖车组合系统(Car-trailer combinations,CTCs)是一类集成了乘用与旅行生活娱乐功能为一体的铰接式车辆。在行驶过程中,由于牵引车和拖车的动力学耦合,CTCs系统比家用轿车更容易达到动态临界车速而出现复杂的动力学失稳现象,即车身摆振,这为道路交通安全带来了巨大的隐患。在车辆系统动力学领域的研究中,本文首次系统性地针对CTCs系统参数对后向放大效应和转向系统参数对车身摆振的影响机理进行研究,建立了考虑转向系统参数的6自由度CTCs综合模型。本文的主要内容如下:(1)利用拉格朗日方程建立了6自由度考虑转向系统参数的CTCs系统动力学模型以及多自由度的Trucksim虚拟样机模型。在动力学模型中主要考虑了转向系统刚度、阻尼、转动惯量以及主销处的干摩擦的对CTCs系统横摆运动和侧向运动的影响,并利用Trucksim模型对所建立的动力学模型进行了验证。验证结果表明两个模型的动态临界车速、横摆角速度具有较好的一致性。(2)分析了CTCs系统车身结构参数对车身摆振后向放大效应的影响。计算了不同车速下系统的临界方向盘输入角和临界状态横摆角速度幅值。针对CTCs系统质量、轴距和转动惯量对系统的后向放大系数和牵引车与拖车的横摆运动相位差的影响进行了研究。结果表明车身结构参数可导致后向放大系数最大增加80%。其中,牵引车、拖车后轴距,牵引车质量、转动惯量对横摆运动相位影响较大,最多可使横摆运动相位差达到108°。(3)分析了转向系统参数对CTCs系统动态稳定性的影响。首先研究了不同的转向系模型对CTCs系统时域响应和临界车速的影响。在此基础上,利用根轨迹、雅可比矩阵线性化、阻尼比分析等方法针对转向系参数以及转向系内部干摩擦对CTCs系统动态临界车速、前轴侧偏刚度、临界状态横摆角速度幅值的影响进行了分析。结果表明横拉杆和齿条刚度对临界车速的影响可达16%,而动摩擦因数对临界车速的影响最多可达22%。因此合理设计转向系结构参数可以有效提高CTCs系统的动态稳定性。
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