考虑鞍座弹性的三轴半挂汽车列车行驶平顺性建模及仿真分析.pdf

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1、第14卷第20期2014年7月科学技术与工程Vo1．14No．20Ju1．20141671—1815(2014)20-0111—05ScienceTechnologyandEnoneefing@2014Sci．Tech．Engrg．考虑鞍座弹性的三轴半挂汽车列车行驶平顺性建模及仿真分析李杰李雪崔永刚(吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室，长春130025沈阳工学院机械与运载学院，抚顺113122)摘要将鞍座简化成弹性模型，基于一定假设，建立了三轴半挂汽车列车七自由度平面系统力学模型。采用拉格朗日方程

2、推导了矩阵形式的三轴半挂汽车列车七自由度平面系统数学模型。基于隔离体静力平衡分析求解出车轮静载，给出了振动响应量的表示。基于前轮路面激励建立了等效的系统频率响应特性。以某三轴半挂汽车列车为研究对象，对其在B级路面50km／h的工况下进行了仿真，得到了主要振动响应量的功率谱密度。对仿真结果进行了分析，为三轴半挂汽车列车行驶平顺性深入研究奠定了模型和理论基础。关键词三轴半挂汽车列车行驶平顺性平面系统鞍座中图法分类号U461．4；文献标志码A半挂汽车列车一般行驶路程较远，长期在满载质量)、悬架、车轴和轮胎

3、等组成。载、振动与冲击条件下行驶，振动比较强烈。在提高为建立三轴半挂汽车列车振动的力学模型，引运输速度的同时，需要综合考虑半挂汽车列车行驶入以下基本假设平顺性，以减少振动对乘坐者、运输物品和路面的(1)汽车左右对称，左右轮的路面激励相同，只影响。考察垂直振动和纵向角振动，忽略其他方向振动。鞍座是牵引车和半挂车的支撑连接装置，以往(2)汽车等速行驶，在平衡位置做微幅振动。对半挂汽车列车的研究，将鞍座简化成刚性模(3)车体与车轴视为刚体，悬架视为无质量并型¨叫J，即牵引车和半挂车铰接，不能反映牵引车和联

4、的弹簧和阻尼器，轮胎视为无质量的弹簧、鞍座视半挂车在鞍座点存在的相对运动。将鞍座简化成由为无质量并联的弹簧和阻尼器，即牵引车和半挂车弹簧和阻尼器组成的弹性模型，既可以通过调节弹之间弹性连接。簧和阻尼值将其转化成刚性模型，又可以通过弹性(4)悬架、轮胎和鞍座的刚度视为相对位移的模型反映牵引车和半挂车在鞍座点存在的相对运线性函数，悬架和鞍座的阻尼视为相对速度的线性动，更接近实际。函数。本文将考虑鞍座弹性建立三轴半挂汽车列车振(5)路面激励一直作用在轮胎与路面的接触点动模型，应用频域分析方法对其进行随机振

5、动理论中心上。分析，以某三轴半挂汽车列车为研究对象对其进行1．2力学模型行驶平顺性仿真，并对仿真结果进行分析。由基本假设，可建立三轴半挂汽车列车七自由度平面系统的力学模型，如图1所示。图1中，m1系统振动的模型是牵引车的簧载质量，mm是牵引车绕其簧载质心1．1基本假设的俯仰转动惯量，m和m分别是牵引车前轴和后三轴半挂汽车列车，由两轴牵引车和单轴半挂轴的非簧载质量，m小是半挂车的簧载质量，m是半挂车绕其簧载质心的俯仰转动惯量，m是半挂车车通过牵引鞍座连接。牵引车，由其车体(簧载质车轴非簧载质量；C和C

6、分别是牵引车前悬架和后量)、悬架、车轴和轮胎组成；半挂车，由其车体(簧悬架的阻尼系数，C是半挂车悬架阻尼系数，c～是鞍座阻尼系数；k，和k分别是牵引车前悬架和后悬2014年3月03日收到国家“863”项目(2006AA110104)资助第一作者简介：李杰，男，教授。研究方向：汽车仿真与控制。E—架的刚度，k和k分别是牵引车前轴轮胎和后轴mail：@jlu．edu．cn。轮胎的刚度，k是半挂车悬架刚度，k是半挂车车轴轮胎刚度，k是鞍座刚度；a和b分别是牵引车112科学技术与工程14卷簧载质心至牵引车前

7、轴和后轴的距离，f是牵引车簧载质心至鞍座点距离，f是半挂车簧载质心至鞍00O座点距离，z是半挂车簧载质心至其车轴距离；00O是牵引车簧载质心垂直位移，是牵引车绕其簧载00：质心角位移，和Z分别是牵引车前轴和后轴非簧．0k0载质量的垂直位移，z是半挂车簧载质心垂直位000移，是半挂车绕其簧载质心角位移，是半挂车000车轴非簧载质量垂直位移，g、q和q分别是前00k轮、中轮和后轮的路面激励。z={fb，zfb，zf，，zrh，b，z}；q={qf，g，q}。式中，m为质量矩阵；c为阻尼矩阵；为刚度矩阵；

8、k为右端与路面激励对应的矩阵；为c或k；z为位移向量；q为路面激励向量。1．4车轮静载将牵引车和半挂车在鞍座点分离，建立两个受力隔离体，如图2所示。由半挂车静力平衡关系，有图1三轴半挂汽车列车七自由度平面系统的力学模型F(f2+f3)一nzrbgl3=0(2)Fig．1MechanicalmodelofhalfautomobilesystemformrhgZ2一(G一mg)(Z2+Z3)=0(3)three-axletractor·-trailerwithsevend