半挂汽车列车关键参数对动力学稳定性影响的量化分析

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.07.014

摘要/Abstract

摘要：

半挂汽车列车动力学稳定性受到多种参数的影响，且相关参数对动力学稳定性的影响规律及影响程度尚不清晰。为此，本文建立半挂汽车列车7自由度动力学机理模型，通过与试验数据标定过的TruckSim模型在多种测试工况下进行对比，验证了机理模型的准确性。然后，采用机理模型研究了挂车质心垂向位置、牵引车和挂车轴侧偏刚度、牵引车和挂车侧倾刚度、铰接点侧倾刚度，以及挂车簧上质量等关键参数对动力学稳定性的影响。在此基础上，结合TruckSim模型进行量化分析，得出全工况平面内各参数对动力学稳定性影响的百分比量化指标及其变化规律，挂车质心垂向位置的变化占3.14%~4.53%，挂车簧上质量的变化占23.34%~34.66%，牵引车前轴侧偏刚度的变化占20.87%~30.38%，牵引车后轴侧偏刚度的变化占21.67%~33.72%，挂车轴侧偏刚度的变化占5.74%~8.48%，牵引车侧倾刚度的变化占3.55%~6.81%，挂车侧倾刚度的变化占1.19%~3.15%，铰接点侧倾刚度的变化占0.33%~0.73%。相关结果可为半挂汽车列车的优化设计及安全行驶提供理论依据。

关键词: 半挂汽车列车, 动力学稳定性, 关键参数, 影响规律, 量化分析

Abstract:

Dynamics stability of tractor-semitrailer is influenced by multiple parameters， and the influence rules and effect degree of related parameters on dynamics stability are still unclear. To this end， in this paper a 7-degrees-of-freedom dynamic model of tractor-semitrailer is established and validated in several test scenarios by comparing to the TruckSim model that is calibrated with experimental data. Then， the influence of key parameters on dynamics stability is investigated by the established model， such as vertical position of semitrailer’s mass center， axles’ cornering stiffness of the tractor and semitrailer， roll stiffness of the tractor and the semitrailer， the roll stiffness of the articulation point， and sprung mass of the trailer. On this basis， a quantitative analysis is performed with the TruckSim model， and the influence percentage rates and changing rules of key parameters are obtained. The influence percentage of the vertical position of semitrailer’s mass center is 3.14%~4.53%， sprung mass of the trailer 23.34%~34.66%， front axles’ cornering stiffness of the tractor 20.87%~30.38%， rear axles’ cornering stiffness of the tractor 21.67%~33.72%， axles’ cornering stiffness of the semitrailer 5.74%~8.48%， roll stiffness of the tractor 3.55%~6.81%， roll stiffness of the semitrailer 1.19%~3.15%， roll stiffness of the articulation point 0.33%~0.73%. The research results can provide a theoretical foundation for the optimal design and safety driving of tractor-semitrailer.

Key words: tractor-semitrailer, dynamics stability, key parameters, influence rules, quantitative analysis

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图/表 16

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参考文献 23

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参数	数值	参数	数值
m₁/kg	5 762	h_r2/m	1.1
m₂/kg	6 665	I_z₁/（kg?m²）	39 951.5
m_s1/kg	4 457	I_z₂/（kg?m²）	67 928.5
m_s2/kg	6 000	I_x₁/（kg?m²）	2 287
h₁/m	1.173	I_x₂/（kg?m²）	10 140
h₂/m	1.935	I_xz₁/（kg?m²）	1 626
k₁/（N·rad^-1）	-287 500	a/m	1.370
k₂/（N·rad^-1）	-442 880	b/m	2.130
k₃/（N·rad^-1）	-303 970	c/m	2.093
k_r1/（N?m·rad^-1）	1 520 700	d/m	4.302
k_r2/（N?m·rad^-1）	1 208 580	e/m	5.698
h_r1/m	1.1	i	29

参数	最小绝对值	基准绝对值	最大绝对值
h₂/mm	1 835	1 935	2 035
m_s2/kg		6 000	10 000
k₁/（N·rad^-1）	258 750	287 500	316 250
k₂/（N·rad^-1）	398 592	442 880	487 168
k₃/（N·rad^-1）	273 573	303 970	334 367
k_r1/（N?m·rad^-1）	1 292 595	1 520 700	1 748 805
k_r2/（N?m·rad^-1）	1 027 293	1 208 580	1 389 867
k₁₂/（N?m·rad^-1）	1 700 000	2 000 000	2 300 000

参数	百分比量化指标/%	参数	百分比量化指标/%
h₂/mm	3.14~4.53	k₃/（N·rad^-1）	5.74~8.48
m_s2/kg	23.34~34.66	k_r1/（N?m·rad^-1）	3.55~6.81
k₁/（N·rad^-1）	20.87~30.38	k_r2/（N?m·rad^-1）	1.19~3.15
k₂/（N·rad^-1）	21.67~33.72	k₁₂/（N?m·rad^-1）	0.33~0.73