安裝液壓互聯(lián)懸架鉸接車輛的穩(wěn)定性研究

李洪雪　李世武　孫文財　楊志發(fā)

摘? ?要：為了探究懸架性能和鞍座結(jié)構(gòu)參數(shù)對鉸接車輛操縱穩(wěn)定性的影響，提出了一種在半掛車單軸懸架上應用的抗側(cè)傾液壓互聯(lián)系統(tǒng). 首先建立了半掛車單軸抗側(cè)傾液壓互聯(lián)懸架頻域模型并通過側(cè)傾位移傳遞函數(shù)驗證了該模型的有效性，同時依據(jù)復模態(tài)振動理論獲得懸架的等效剛度和等效阻尼. 在此基礎上，建立了包含鞍座特性的鉸接車輛耦合液壓互聯(lián)懸架模型實現(xiàn)仿真模擬. 結(jié)果表明，鞍座剛度參數(shù)均不考慮時，該液壓互聯(lián)懸架系統(tǒng)只能單一地提升半掛車的側(cè)傾穩(wěn)定性;考慮鞍座側(cè)傾剛度參數(shù)時，該系統(tǒng)下的牽引車和半掛車的側(cè)傾、橫擺穩(wěn)定性以及整車的協(xié)調(diào)穩(wěn)定性均得到提升，且增大鞍座橫擺剛度和減小鞍座牽引點至半掛車距離，提升效果愈顯著. 所得結(jié)果為安裝液壓互聯(lián)懸架鉸接車輛的優(yōu)化設計提供理論依據(jù).

關鍵詞：液壓互聯(lián)懸架（HIS）;鉸接車輛;鞍座特性;操縱穩(wěn)定性;優(yōu)化設計

中圖分類號：U469.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

Abstract：In order to explore the influence of suspension performance and saddle structure parameters on the handling stability of articulated vehicles，an anti-roll hydraulically interconnected system was proposed for single-axle semi-trailer suspension. Firstly，the frequency domain model of single-axle hydraulically interconnected suspension was established and verified by the roll displacement transfer function. At the same time，effective stiffness and damping were obtained according to the theory of complex mode vibration. On this basis，an articulated vehicle coupling Hydraulically Interconnected Suspension（HIS） model with saddle characteristics was presented to conduct the simulation. The results show that the hydraulically interconnected suspension system can only enhance the roll stability of the semi-trailer when the saddle stiffness parameters are not taken into account. When the roll stiffness parameters of the saddle are considered，the roll stability，yaw stability and coordination stability of the tractor and semi-trailer under the HIS system are improved，and the improvement effect is more significant when the yaw stiffness of the saddle is increased or the distance between the saddle and mass center of the semi-trailer is reduced. The results provide a theoretical basis for the design optimization of the articulated vehicle fitted with hydraulically interconnected suspension.

Key words：Hydraulically Interconnected Suspension（HIS）;articulated vehicle;saddle characteristics;handling stability;design optimization

相對于單體貨物運輸車輛而言，鉸接式牽引-半掛車具有質(zhì)心高、承載重量大及鞍座參數(shù)復雜的特點，使得其在高速變道工況下行駛極容易發(fā)生折疊、側(cè)翻的車身失穩(wěn)現(xiàn)象[1]. 近十年來用于提高車輛穩(wěn)定性的液壓互聯(lián)懸架（HIS）先后在越野車上和乘用車上被國內(nèi)外學者[2-4]深度研究. 文獻[5]中采用非線性有限元方法，實現(xiàn)了耦合的機械液壓互聯(lián)懸架系統(tǒng)的頻域模型推導.文獻[6]的研究表明，配備HIS系統(tǒng)的SUV操縱性能與原車相比有了顯著提高，其系統(tǒng)提供的可變剛度和阻尼有利于為車輛提供側(cè)翻阻力. 周敏等[7]設計液壓互聯(lián)懸架取代傳統(tǒng)橫向穩(wěn)定桿的越野樣車. 隨之，郭耀華等[8]針對某客車開發(fā)了替代原車減振器和橫向穩(wěn)定桿的安裝HIS樣車，實車試驗證明該系統(tǒng)不降低平順性的同時，能顯著提高操縱穩(wěn)定性能. 章杰等[9]對礦山車輛的板簧懸架進行HIS的樣車裝配，坑道制動測試表明HIS可有效改善礦山車輛的舒適性和抗俯仰能力. 丁飛等[10-11]針對三軸直列卡車得出了HIS對提供的附加扭轉(zhuǎn)剛度和阻尼受到液壓元件參數(shù)約束的結(jié)論. 此外，HIS對雷克薩斯470、200系列豐田陸地巡洋艦等[12]車型的市場反應良好. 從上述成果看出，關于HIS研究內(nèi)容目前主要集中在越野車、乘用車、客車和三軸重型車的側(cè)傾、垂向、俯仰、扭轉(zhuǎn)運動方面的性能，但基本未涉及在包含鞍座的鉸接車輛領域的應用研究.

因此，本文針對當前HIS性能在鉸接車輛方面研究較少的缺陷，考慮鉸接車輛的復雜性和實際經(jīng)費的要求，提出輔助鉸接車輛半掛車體懸架的抗側(cè)傾液壓互聯(lián)系統(tǒng). 通過傳遞矩陣方法建立了抗側(cè)傾液壓互聯(lián)懸架的頻域模型，并用側(cè)傾位移傳遞函數(shù)驗證所建模型的正確性，同時根據(jù)復模態(tài)振動理論獲得頻域方程的等效側(cè)傾剛度和阻尼，并以此為基礎，建立了包含鞍座參數(shù)和耦合HIS的三軸鉸接車輛動力學模型，在典型高速雙移線下仿真驗證了HIS能夠提高鉸接車輛的操縱穩(wěn)定性，并通過改變鞍座的側(cè)傾、橫擺剛度和距離半掛車質(zhì)心的位置參數(shù)進一步優(yōu)化HIS鉸接車輛的車身穩(wěn)定性，補充了HIS在鉸接車輛領域的理論研究.

1? ?建立半掛車的半車側(cè)傾模型

1.1? ?機械懸架系統(tǒng)建模

安裝抗側(cè)傾液壓互聯(lián)懸架的半掛車側(cè)傾模型如圖1所示，其中Om為懸架的側(cè)傾中心，O2為半掛車的質(zhì)心.

結(jié)? ?論

本文以三軸鉸接車輛的半掛車單體懸架為基礎，通過流體系統(tǒng)傳遞阻抗法獲得與液壓互聯(lián)系統(tǒng)耦合的半車頻域模型，運用模態(tài)理論法求解該微分方程側(cè)傾模態(tài)的固有頻率;進一步將固有頻率轉(zhuǎn)化為懸架的等效側(cè)傾剛度和阻尼，運用拉格朗日方程推導出三軸耦合HIS系統(tǒng)的牽引-半掛車動力學模型，在MATLAB程序中仿真雙移線工況獲得車輛側(cè)傾角、橫擺角和鉸接角的響應.

1）當鞍座的側(cè)傾剛度和橫擺剛度均為0時，抗側(cè)傾液壓互聯(lián)懸架只能單一地提高半掛車的側(cè)傾穩(wěn)定性;

2）當鞍座的側(cè)傾剛度不為0時，抗側(cè)傾液壓互聯(lián)懸架能同時提高牽引車和半掛車的側(cè)傾和橫擺穩(wěn)定性，并同時顯著提高整車的協(xié)調(diào)穩(wěn)定性.

3）傳統(tǒng)鉸接車輛在鞍座側(cè)傾剛度不為0和配置HIS系統(tǒng)后，變大鞍座橫擺剛度和減小鞍座牽引點至半掛車質(zhì)心距離能進一步提升裝配HIS之后的整車操縱穩(wěn)定性.

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