半挂汽车列车转弯制动试验方法研究

质心距前轴距离与 Lq 的比值;Pxqd 为牵引座中心距
前轴距离与 Lq 的比值;Pxbg 为半挂车质心至牵引销
距与 Lb 的比值;Fx1 ~ Fx6 为各轮地面制动力;Fy1 ~
Fy6 为各轮地面侧向力;Fxbq ,Fybq 为半挂车对牵引车
纵、侧向力;Fxqb,Fyqb 为牵引车对半挂车纵、侧向力;
* 交通运输部重大科技专项(2011318223450) 资助。 原稿收到日期为 2013 年 11 月 1 日。
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汽车工程
2015 年( 第 37 卷) 第 7 期
法提供 了 一 定 的 参 考。 我 国 标 准 GB 7258—2012 《 机动车运行安全技术条件》 [10] 只规定了半挂汽车 列车在直线制动时的要求,评价指标为制动距离和 充分发出的平均减速度,没有对转弯制动性能进行 评价,目前我国也尚未发布重型商用汽车弯道制动 性能试验方法的技术标准。
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((Fy1 +Fy2 )cos啄1 -(Fx1 +Fx2 )sin啄1 )Pxqg Lq +(Fx4 -
îê
Fx3)L34 / 2-(Fy3 +Fy4)(1-Pxqg)Lq +Fybq(Pxqd -Pxqg)Lq
(1)
2. 1 试验系统搭建 半挂汽车列车转弯制动试验系统由牵引车检测
装置、半挂车检测装置、计算机和供电设备等部分组 成。 牵 引 车 检 测 装 置 包 括 双 天 线 GPS 测 量 仪 RLVB20SL( 以下简称为 VBOX2) 、三轴角速度与加 速度陀螺仪 IMU02、汽车转向盘角测量仪 HCZ - 1、 模拟信号采集器 RLVBADC03。 半挂车检测装置主 要包括三 天 线 GPS 测 量 仪 RLVB20SL3 ( 以 下 简 称 VBOX3) 、三轴角速度与加速度陀螺仪 IMU02[11-13] 。 牵引车和半挂车检测系统组成与连接如图 2 所示。 2. 2 检测系统在半挂汽车列车上的安装
)
L56
/
2
-(
F y5
+Fy6
)
(1
-Pxbg
)
Lb
+
Baidu Nhomakorabeaîêê
( Fyqb cos茁-Fxqb sin茁) Pxbg Lb
(2)
Iw 棕· = Mw -Fx R
(3)
式中:mq,mb 分别为牵引车和半挂车总质量;Lq,Lb
分别为牵引车和半挂车轴距;L12 ,L34 分别为牵引车
前轮距和后轮距;L56 为半挂车后轮距;Pxqg 为牵引车
2015 年( 第 37 卷) 第 7 期
汽车工程 Automotive Engineering
2015( Vol. 37) No. 7
2015135
半挂汽车列车转弯制动试验方法研究*
李 臣1,2 ,李兴虎1 ,张红卫2 ,周 炜2
(1. 北京航空航天大学交通科学与工程学院,北京 100191; 2. 交通运输部公路科学研究院运输车辆运行安全技术交通行业重点实验室,北京 100088)
面任意方向坡度不大于 2. 5% ,试验时风速为 2. 3m / s,温度为 30°,湿度为 60% ,气压为 10. 01kPa。
车辆满 载, 技 术 状 况 达 到 生 产 商 的 技 术 要 求。 试验前,对半挂汽车列车预热行驶。
试验时,半挂汽车列车以 30km / h 的车速沿半 径为 25m 的圆周进行左右各 3 次转弯制动,试验过
F wq ,F wb 为牵引车、半挂车的空气阻力;F fq ,F fb 为牵引
车、半挂车的滚动阻力;uq,ub 为牵引车、半挂车前进
速度;vq,vb 为牵引车、半挂车侧向速度;rq,rb 为牵引
车、半挂车横摆角速度;啄1 为牵引车左前轮转角;Izq
为牵引车绕 zq 轴转动惯量;Izb 为半挂车绕 zb 轴的转 动惯量;Iw 为车轮的转动惯量;棕· 为车轮角加速度;
[摘要] 转弯制动性能对半挂汽车列车的制动安全有重大影响,针对我国目前半挂汽车列车转弯制动试验标 准缺失,传统的单车试验设备不适用于半挂汽车列车等问题,本文中从试验系统搭建、系统安装方式和试验方法与 评价等方面对半挂汽车列车转弯制动试验进行了探索性研究。 结果表明:半挂汽车列车转弯制动过程中侧向加速 度、制动减速度、横摆角速度和牵引车的俯仰角随车速的升高而增加。 建议半挂汽车列车转弯制动试验中车速不超 过 30km / h,转弯半径不小于 25m。
Keywords: tractor-semitrailer combination; cornering braking; test system; test methods
前言
半挂汽车列车的制动系统由牵引车制动系统和 半挂车制动系统两部分组成,二者各自独立,又相互 协调[1] 。 半挂汽车列车转弯制动性能是列车在弯道 减速行驶时保持预定路线行驶的能力,常用方向稳 定性来评价[2] 。 半挂汽车列车在转弯制动时,在离 心力作用下会造成同轴左右车轮载荷差值加大,为 防止车轮抱死,制动效能比直线制动时降低,且方向
2. 3 试验车辆 试验用半挂汽车列车由一汽解放某 6×4 型牵引
车和扬州中集通华三轴厢式半挂车组成,列车转弯 制动实车 道 路 试 验 在 定 远 汽 车 试 验 场 性 能 广 场 进 行,试验车辆如图 6 所示。
试验车辆基本参数如表 1 所示,表中牵引车前
2. 4 试验方法 试验在平整的水泥路面上进行,试验前测量路
1. School of Transportation Science and Engineering, Beihang University, Beijing 100191; 2. Key Laboratory of Operation Safety Technology on Transport Vehicles Ministry of Communication,Research Institute of Highway Ministry of Communication, Beijing 100088
稳定性变差,容易出现折叠、蛇形和摆振现象,甚至 会发生侧翻。 因此,对半挂汽车列车进行转弯制动 性能试验评价具有现实意义。
在半挂汽车列车转弯制动性能研究方面,国内 外学者多采用理论计算和模拟仿真等方法研究半挂 汽车列车制动力分配、优化设计和改进控制算法提 高转弯制动稳定性等[3-8] 。 在半挂汽车列车转弯制 动性能道路试验研究方面,国际标准化组织制定的 ISO 14794:2003 《 重型商用车和客车—转弯制动— 开环试验方法》 [9] 对半挂汽车列车转弯制动试验方
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( Fy1 +Fy2 ) sin啄1 +Ffq +Fwq -Fxbq
êmq( ·v q +uq rq ) = ( Fy1 +Fy2 ) cos啄1 ê
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( Fx1 +Fx2 ) sin啄1 +Fy3 +Fy4 -Fybq
ê
êIzq·r q = ( ( Fx2 -Fx1 ) cos啄1 +( Fy2 -Fy1 ) sin啄1 ) L12 / 2+
表 1 半挂汽车列车基本参数
参数描述 整车质量 / kg
轴距 / mm 轮距 / mm 质心高度 / mm
牵引车 8 140 3200 +1350 2 020( 前) ,1 830( 后) 1 000
半挂车 39 990 8030 +1310 +1310 1 830 2 200
图 4 检测系统在半挂车上的安装
关键词:半挂汽车列车;转弯制动;试验系统;试验方法
A Study on the Test Methods of Cornering Braking for Tractor-semitrailer Combination
Li Chen1,2 , Li Xinghu1 , Zhang Hongwei2 & Zhou Wei2
[ Abstract] Cornering braking performance has significant influence on the braking safety of tractor-semitrailer combination. Aiming at the problems of the lack of test standard for the cornering braking of tractor-semitrailer combination in China and the unsuitability of conventional test device for tractor-semitrailer combination, an exploratory study on the cornering braking of tractor-semitrailer combination is conducted in terms of the construction and installation of test system as well as test method and evaluation. The results show that the lateral acceleration, braking deceleration, raw rate and the pitch angle of tractor rise with the increase of vehicle speed, and it is recommended that the vehicle speed should not exceed 30km / h and the turning radius should not less than 25m during the cornering braking of tractor-semitrailer combination.
由于半挂汽车列车结构的特殊性,传统的试验 设备只适 用 于 单 体 车, 而 不 适 用 于 半 挂 汽 车 列 车。 本文对半挂汽车列车转弯制动性能道路试验从系统 搭建、试验方法和评价指标等方面进行探索性研究。
1 半挂汽车列车转弯制动
由于半挂汽车列车转弯制动实车道路试验存在危 险性,转弯半径过小或制动初始速度过大都有可能造 成折叠甚至翻车。 因此,在进行实车道路之前,本文中 建立了半挂汽车列车转弯制动的数学模型并进行了多 次仿真,以确定实车试验时的安全车速和转弯半径。
半挂汽车列车转弯制动时的受力如图 1 所示。
ìê-mb( ·ub -vb rb ) = Fx5 +Fx6 +Fxqb cos茁+Fyqb sin茁+Ffb +Fwb
êêmb( ·v b +ub rb ) = Fy5 +Fy6 -Fxqb sin茁+Fyqb cos茁
í êIzb
·r b
=
(
F x6
-Fx5
将牵引车和半挂车的检测装置分别布置在牵引 车和半挂车上,二者分别单独供电。 半挂车检测装 置固定在半挂车货厢顶部,距离驾驶室较远,难以实 现与计算机的直接连接,在实际试验时采用 SD 卡采 集半挂车的相关数据。 检测系统在牵引车和半挂车 上的安装情况如图 3 和图 4 所示,各测试装置的安 装位置如图 5 所示。
Mw 为车轮的制动转矩;R 为轮胎的滚动半径;茁 为牵
引车和半挂车的折叠角。
2 半挂汽车列车转弯制动试验
图 1 半挂汽车列车转弯制动受力分析
根据半挂汽车列车受力和动力学相关理论,推
导出牵引车运动微分方程如式(1) 所示,半挂车运
动微分方程如式(2) 所示,各车轮的运动微分方程
如式(3) 所示。
ìê-mq( ·uq -vq rq ) = ( Fx1 +Fx2 ) cos啄1 +Fx3 +Fx4 +
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李臣,等:半挂汽车列车转弯制动试验方法研究
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图 2 检测装置组成和连接关系示意图
图 5 陀螺仪和 VBOX 天线安装位置
图 3 检测系统在牵引车上的安装
图 6 试验用半挂汽车列车
轴到第 1 根后轴的距离为 3. 2m,牵引车两后轴之间 的距离为 1. 35m;半挂车牵引销到第 1 根轴的距离 为 8. 03m,3 根并装轴的轴间距离为 1. 31m。
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汽车工程
程中采集半挂汽车列车的转弯半径、纵向速度、纵向 加速度、侧向加速度、横摆角速度和俯仰角等参数。