论文总字数：19725字

摘 要

高速稳定性对于车辆行驶的性能至关重要，它对确保汽车的安全，提高行驶速度和机动性具有重要影响。相比于一般多节车身铰接式车辆和普通乘用车，有着多节车厢铰接车的动力学耦合，其失稳现象更加复杂，由于铰接式车辆的高速稳定性差，铰接式车辆发生事故时大多是在高速行驶过程当中。而本文研究的双铰接式公共客车是载客汽车的一种，车身为长方体或近似长方体，由2个铰接装置（铰接盘）分别连接两个车厢和一个牵引车厢相连接且互相连通，如今，许多铰接式车辆都存在不同程度的高速稳定性问题（例如：摇摆和蛇形）。本文以双铰接式公交客车为研究对象，结合整车结构和行驶规律，根据双铰接式公共客车多节车身的运动特性，建立三节车厢的铰接式车辆单轨模型，以提高多节车身铰接式车辆的高速行驶稳定性能，模型主要考虑整车的横摆运动、侧向运动以及牵引角摆动，给定不同系统参数，研究不同系统参数对整车横摆、侧向运动的动力学稳定性。并利用matlab软件研究不同系统参数（如前、后轴距，质量、转动惯量）对整车横摆、侧向运动的动力学稳定性，利用数学工具求解系统的动态临界车速，绘制系统稳定性分析所需相图。

关键词：多节车身铰接式车辆；高速稳定性；系统状态方程；MATLAB

Study on the High Speed Stability of Multi-body Articulated Vehicles

Abstract

High-speed stability is very important for the performance of vehicles. It has an important impact on ensuring the safety of vehicles and improving driving speed and maneuverability. Compared with general articulated vehicles with multi-body and ordinary passenger cars, it has the dynamic coupling of articulated vehicles with multi-carriage, and its instability is more complicated. Due to the poor high-speed stability of articulated vehicles, most of articulated vehicles have accidents It's during high-speed driving. The double-articulated public bus studied in this paper is a type of passenger car. The body is a rectangular parallelepiped or an approximate rectangular parallelepiped. It is connected by two hinged devices (crossover plates) to two cars and a traction car. Many articulated vehicles have varying degrees of high-speed stability issues (eg, sway and serpentine). This article takes the double-articulated bus as the research object, combines the vehicle structure and driving rules, and establishes a three-car articulated vehicle monorail model according to the motion characteristics of the double-articulated bus multi-body body to improve the multi-article articulated vehicle For high-speed driving stability, the model mainly considers the vehicle's yaw motion, lateral motion and traction angle swing. Given different system parameters, the dynamic stability of different system parameters to the vehicle's yaw and lateral motion is studied. And use matlab software to study the dynamic stability of different system parameters (such as front and rear wheelbase, mass, rotational inertia) on the vehicle's yaw and lateral motion, use mathematical tools to solve the system's dynamic critical vehicle speed, and draw the system stability Analyze the required phase diagram.

Keywords: multi-section body articulated vehicle; high-speed stability; equation of state; MATLAB

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外铰接式车辆稳定性研究现状 1

1.3 本文研究的主要内容 3

第二章 车辆稳定性的基本概念和评价指标 4

2.1 铰接式车辆 4

2.2 车辆倾翻 4

2.3 三节车厢铰接式车辆稳定性的基本概念和评价指标 4

第三章 多节车身铰接式车辆动力学建模 6

3.1 模型的假设与简化 6

3.1.1 符号规定 7

3.2 三节车厢铰接式车辆模型的建立 7

第四章 相关参数对高速稳定性影响分析 10

4.1 系统阻尼比分析 10

4.2 动态稳定性分析 10

4.3 MATLAB软件的简介 11

4.4 质心到前、后轮轴距的影响 12

4.4.1 牵引车质心到前轮轴距 12

4.4.2 牵引车质心到后轮轴距 12

4.4.3 车身1的质心到前轮轴距 13

4.4.4 车身1的质心到后轮轴距 14

4.4.5 车身2的质心到前轮轴距 14

4.4.6 车身2的质心到后轮轴距 15

4.5 质量的影响 15

4.5.1牵引车的质量 15

4.5.2车身1的质量 16

4.5.3 车身2的质量 17

4.6 横摆转动惯量的影响 17

4.6.1牵引车横摆转动惯量 17

4.6.2车身1横摆转动惯量 18

4.6.2车身2横摆转动惯量 19

4.7 本章小结 19

第五章 结论与展望 20

5.1 研究内容的分析与总结 20

5.2 需要进一步开展的工作 20

致 谢 22

参考文献 23

第一章 引 言

1.1 研究背景及意义

随着社会经济的高速发展和人们生活水平的巨幅提高，特别是社会工业化的不断进步，城市的人口已逐步饱和，这让城市出现了交通日益拥堵、老百姓出行不便等问题，如今仅仅依靠普通车辆已远远不能满足城市人口流动的需求。全球各地都在积极发展城市公共交通，由于普通的单体公共客车载客人数十分有限，不能满足城市日益增长的需求，特别是在上下班的高峰期。因此，多节车身铰接式公共客车诞生。多节铰接式公共客车以其运载量大好等优点，已成为了缓解城市交通和物流运输问题的重要途经。相比于一般多节车身铰接式车辆和普通乘用车，有着多节车厢铰接车的动力学耦合，其失稳现象更加复杂，并且铰接式车辆的高速稳定性差，铰接式车辆发生事故时大多是在高速行驶过程当中。而本文研究的双铰接式公交车是载客汽车的一种，车身为长方体或近似长方体，单层地板，由2个铰接装置（交接盘）分别连接两个车厢和一个牵引车厢相连接且互相连通，并安装座椅的载客公共客车，乘客可在其间走动的两个刚性车厢体所组成的客车，分牵引式和后推式两种。除此之外多节车身铰接式车辆还应用在运输上，多节车身铰接式车辆作为现代运输的一种典型模式，除了可以有效的降低运输成本，还可以提高其运输效率，是运输重、大货物良好的选择。但安全性制约了多节铰接式车辆的发展，许多人担心多节车身铰接式车辆（双铰接式公交车或者双铰接式货车）在行驶的过程当中稳定性差，导致车身侧向滑移甚至倾翻。因为多节铰接车辆的车身长（车身多）以及结构复杂，司机在驾驶的过程当中只能靠自己的驾驶经验和对方向盘操纵的水平对车辆进行控制，这也是因为多节铰接式车辆的车身较长和结构的复杂，使得有重、大、长外形的多节车身铰接式车辆在高速行驶的条件下拥有十分大的不确定性，这对与铰接车车和司机来说都有着十分大的安全威胁。同时多节车身铰接车车辆的前车身、后车身都为非刚性连接，铰接形式致使自由度增加，因此在行驶的过程当中容易使横向摆振，导致行驶稳定性变差，呈现失稳现象。并且当多节车身铰接式车辆车速较高时，“蛇行”失稳是必然的。本文以双铰接式公共客车为研究对象，根据双铰接式公共客车多节车身的运动特性，为提高双铰接式公共客车的高速行驶稳定性能，建立了三节车厢的铰接式车辆单轨模型，模型主要考虑整车的横摆运动、侧向运动以及牵引角摆动，给定不同系统参数，研究不同系统参数对整车横摆、侧向运动的动力学稳定性。并利用matlab软件研究不同系统参数（如前、后轴距，质量、转动惯量）对整车横摆、侧向运动的动力学稳定性，利用数学工具求解系统的动态临界车速，绘制系统稳定性分析所需相图。

1.2 国内外铰接式车辆稳定性研究现状

车辆在高速行驶的过程中，失稳会随着加速度的增加而急剧增加。研究发现，具有良好稳定性的车辆不仅可以确保司机及乘客生命安全，还能有效减少此类车辆的失稳。近几年，由于驾驶员的操作及知识的掌握欠缺，从而导致事故的案例在全国各地时有发生。因此铰接式车辆的稳定性问题也引起了国内外学者的关注，为了全面了解近二十年我国学者关于铰接式车辆稳定性问题的研究，本人主要通过网络上的数据库，以“铰接式车辆稳定性”为主题，进行模糊匹配检索，再略读，按被引用次数和与选题的相关性收集部分相关文献资料进行综述。

江苏大学田晋跃^[1][10]等，根据铰接车辆在侧倾过程中的一些重要因素，例如，评估和分析铰接车辆数学模型在分析过程中的效果。研究并评估了转向角，半径偏移、轮距和临界速度之间的关系，并通过MATLAB软件对该模型进行建模，并得出结论。Houbenz 在他的硕士论文中通过建立多个铰接车辆线性模型，分析包括单铰接、双铰接和多铰接车辆的 RA 值用来对比各种铰接车之间的侧向稳定性能，同时他在建模的过程当中对双铰接模型的建立对我十分有借鉴意义。

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