2024年2月16日发(作者：姜秀丽)
第６期 ２０１１年６月 文章编号：１００１—３９９７（２０１１）０６—０２２１—０３ 机械设计与制造 Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ２２１ 基于ＡＤＡＭＳ的重型半挂牵引车建模及性能研究 崔胜民任熙华 （哈尔滨工业大学汽车工程学院，威海２６４２０９） Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｔｒａｉｌｅｒ ｔｏｗｉｎｇ ｖｅｈｉｃｌｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＤＡＭＳ ＣＵＩ Ｓｈｅｎｇ－ｍｉｎ，ＲＥＮ Ｘｉ－ｈｕａ （Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｗｅｉｈａｉ ２６４２０９，Ｃｈｉｎａ） 【摘要】在ＡＤＡＭＳ中建立重型半挂汽车的模型，通过角阶跃输入、角脉冲转向输入、回正性仿真 试验，来验证模型的瞬态响应特性及牵引车在有无半挂车两种＿ｖ－；Ｌ下性能的比较，仿真结果表明，车辆 动力学模型可以很好的仿真不同工况下车辆的响应，挂车对牵引车瞬态响应的影响不大，但对于瞬态 响应后进入稳定状态的侧向加速度、横摆角速度等影响较大，在研究重型半挂车时，一定要把牵引车和 挂车放在一起进行试验研究，从而更好地为重型半挂车的研究提供依据。 关键词：牵引车；重型半挂车；车辆响应 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ａ ｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌｆｏｒ ｈｅａｖｙ ｔｒａｉｌｅｒ ｔｏｗｉｎｇ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｅｔ ｕｐ ｉｎ ＡＤＡＭＳ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｖｅｒｆｉｙ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅ ｔｈｅ ｐｅｆｆｏｒｍａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｏｒ ｗｉｔｈｏｕｔ ｔｒａｉｌｅｒ ｂｙ ｌｎｅａｎ￥ｏｆｓｔｅｐ－ｉｎｐｕｔ， ｐｕｌｓｅ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｉｎｐｕｔ ｎｄ ａｒｅｔｕｒｎａｂｉｌｉｔｙ，ｗｈｉｃｈ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌｆｏｒ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｃａｎ ｓｉｍｕｌｔａｅ ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｖｅｒｙ ｗｅｌｌ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｔｒｉａｌｅｒ ｈａｓ ｌｉｔｔｌｅ ｉｎｌｆｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ，ｈｏｗｅｖｅｒ ｉｔ ｉｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｏｎ ｌｔｅｒａｌ ａａｃｃｅｌｅｒｔｉａｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｙａｗ－ｒａｔｅ ｗｈｉｃｈ ｃｏｍｅｓ ｔｏ ｓｔａｂｌｅ ｅｒ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｒｅｓｐｏｎｓｅ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｔ ｉｓ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｔｏ ｔｅｓｔ ｔｈｅ ｔｏｗｉｎｇ ｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｄ ｔｒｉｌａｅｒ ｔｏ－ ｇｅｔｈｅｒ ｉｎ ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｔｈｅ ｈｅａｖｙ ｔｒｉｌａｅｒ ｗｈｉｃｈ ｍａｙｐｒｏｖｉｄｅ ｂａｓｉｓｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｆｔｏｈｅ ｈｅａｖｙ ｔｒａｉｌｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｔｏｗｉｎｇ ｖｅｈｉｃｌｅ；Ｈｅａｖｙ ｔｒａｉｌｅｒ；Ｖｅｈｉｃｌｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ 中图分类号：ＴＨ１６，Ｕ４６９．５＋１，Ｎ９４５．１２文献标识码：Ａ １前言 随着社会经济的发展和道路运输条件的改善，汽车列车以其 设计开发周期、降低成本都可以起到显著的作用∞。 运用ＡＤＡＭＳ／ＣＡＲ建立了半挂车的多体力学模型：首先先确 这里采用五轴半挂车，其中，—个转 独有的“甩挂运输”、“区段运输”、“滚装运输”优势，逐渐成为了我 定挂车的整体尺寸和整体结构，牵引车后双驱动轴，挂车双从动轴，确定好挂车的整体尺寸 国道路中、长距离运输的主要方式，半挂车也逐渐由原先的两轴向 向轮轴、以后，开始自下而上的建立模型，在ＡＤＡＭＳ／ＣＡＲ中，用于整车分 三轴、甚至五轴发展，由轻型向中型、重型发展，以满足日益发达的 至少需要前后悬架、前后车轮、转向和车身子系统，各子 物流业对运输工具的需求。半挂汽车列车将是道路运输的基本运 析的组合，各 输单元，也是发展的必然趋势。所以挂车对牵引车的性能会造成什 系统都由事先建好的模板生成，模板中包括建立各种基本元素、最主要的是通讯器的建立，通讯器是一种基于模板 么样的影响，也成为了一个重要的研究方向，为此，基于理论建立 类组件及变量，用于子系统、模板、试验台之间数据的相互传递。最后 了虚拟牵引车、挂车的样机，并基于样机对初始条件输入相同的某 的关键元素，生成的牵引车模型，如图１所示。半挂车整车模型，如图２所示。 种牵引车和带有挂车的牵引车进行试验，从而得结论。 ２虚拟样机模型的建立 半挂车是一种包含惯性、弹性、阻尼等动力学特性的复杂非 线性系统。由于组成汽车的各个子系统（如转向系、悬架、传动机 构）之间的相互耦合作用，使汽车的动态特征非常复杂Ⅲ，这给半 挂车的运动学和动力学的分析带来很大的困难，ＡＤＡＭＳ软件使 用交互式图形环境及零件库、约束库和力库，创建复杂机械系统 的运动学和动力学模型，其模型可以是刚性体、也可以是柔性体、 一 图１牵引车１ 图２牵引车２（带有挂车的牵引车） 以及刚柔混合模型。利用它可以非常方便的对虚拟样机机械系统 进行静力学、运动学和动力学分析，在制造和测试实物样机之前 ３整车仿真分析 整车仿真有标准仿真和自定义２大部分，标准仿真指已经 对处于设计阶段的产品进行分析，了解其工作特『生并指导设计的 规定试验方法，用户只要在对应的界面上输入各种试验条件如初 改进，快速、方便的改变试验的种类，也没有任何的危险，帮助产 速度、档位、路径即可。自定义则指通过驱动控制文件、驱动参数 品制造商摆脱对物理样机的过度依赖，对于提高产品质量、缩短 文件将试验条件、试验方法等全部自行定义目。 ★来稿日期：２０１０—０８—０９
２２２ 崔胜民等：基于ＡＤＡＭＳ的重型半挂牵引车建模及性能研究 第６期 ３．１样车瞬态响应特征分析 由于施加了一个大的加速度来启动汽车，所在初始的（Ｏ一５） 在５ｓ时输入阶跃 转向盘转角阶跃输＾、下的转向瞬态响应是指汽车在等速直线行 秒内产生一个波动的横摆角速度和侧向加速度，两种工况下的牵引车都在１ｓ内进入稳定状态，在分别输 驶时，急速转动转向盘，然后维持其不变，即给汽车转向盘转角阶跃 转向值，４０￣，６０￣的情况下，分别稳定在相应的横摆角速 输入时的响应。汽车经过短暂时间后便进入等速圆周行驶，等速直 入转向盘转角２０。，并且随着车速的增加，稳态值也逐渐增加，即 线行驶和等速圆周行驶这两个稳态运动之间的过度过程便是一种 度和侧向加速度上，瞬态，相应的瞬态运动响应称为转向盘角阶跃输入下的瞬态响应。 两车的横摆角速度和侧向加速度跟车速存在单调递增的关系，由 横摆角速度和转向灵敏度不存在波动，所建模型具有良好 试验过程参照国标ＧＢ／ｒ６３２３．２＿９４汽车转向瞬态响应特ｆ生试验的 图可见，在转向盘角阶跃 有关方法目。在仿真过程中，设定汽车以３ｒｎ／ｓ的初速度恒速直线行 的瞬态响应特胜。由侧向加速度的曲线也可看出，驶，在５ ｓ时给整车以角阶跃输入，使方向盘转角从（５－５．５）ｓ向左分 输入以后，在一定范围内出现波动，证明仿真的结果跟实际情况接 别转过２０￣，４０￣，６０￣，维持此转角不变，并且保持整车前进速度恒定。 近。牵引车２在挂车的影响下侧向加速的的波动范围明显变小。转向盘转角曲线，横摆角速度瞬态响应曲线，如图３～图７所示。 ｉ ｝； ； 名 ＇ ｌ：：＝ ： ： ： 盘ｌ 时间（ｓ） 图３牵引车１、２角阶跃输入 ・ ｊ麓 ： Ｉ ， 蚤 ， ３ １． ， ，一 鼙。 Ｕ ｌ 一０． 时间（ｓ） 图４牵引车１横摆角速度 誊 ：，一 螫 矿 ｌ＾， ～ ， ｒ 驰 ｆ 蜒 卜…Ｉ“ｍ＿ Ｒ 州ｈ∞ … 』叫 时间（ｓ） 图５牵引车２横摆角速度 Ｉ三 ｌ ¨ ｛ Ⅱ Ｈ 址 憎 Ｒ 强‘ ／、 … Ｉｌ■ｎ Ｉ Ｚ Ｃ ：一＝ 暑 ＿＿，、 ，、，、 一—— 尽 ｌ’Ｉ， 、 嚣 ’Ｖ 时间（ｓ） 图６牵引车１侧向加速度 … ：：：二＝． ：：：： 一…Ｉ ０．４５ …。… 一～…・ｌｍＬ Ｈ …Ｊ Ｏ ０．１ ｜ｉ 量 Ｉ噍 ０ ＾，ｖ 『 堡 兽Ｅ ０．１ ０．０ ５．０ １０．０ １５．０ 时间（ｓ） 图７牵引车２侧向加速度 ３＿２角脉冲转向仿真实验 角脉冲转向实验时，在设定的直线行驶状态对转向机构输 入正弦角位移，转向输入的方式共有４种，方向盘转角、转向齿条 行程、作用在转向齿条上的力和方向盘转矩，在试验中选择方向 盘转角。试验还可以选择是否在仿真期间用巡航控制，使用巡航 控制时，汽车将由驱动器来自动控制其在整个仿真期间保持设定 的的初始速度；典型的试验结果有侧向加速度、侧倾率与横摆率， 试验将选在相同方向盘转角情况下，牵引车１和牵引车２的横摆 角加速度和侧向加速度为研究对象。 测试设置如下：仿真时间为１０ｓ，仿真步数为１０００步，选择 交互式仿真模式，路面文件选择２Ｄ道路在仿真过程中有路面图 形的Ｆｌａｔ平整路面，初始速度设定为５０ｋｍ／ｈ，最大转向值设为 １５０。，正弦波半波脉冲宽度为０．５ｓ，转向开始时间为第３ｓ，使用转 向盘转角输入，选择巡航控制，仿真部分结果曲线，如图８～图１２ 所示，其中，所有曲线的横轴为时间轴，单位为Ｓ。 ｌ＝ ＝ 。 ： ＝ 名 ０ 时间（ｓ） 图８两车方向盘转角输线 一２０．０ 鼍 １０＿０ 罨０．０ 驰 一１００ ０．０ ５ ０ １０．０ 时间（ｓ） 图９牵引车１横摆角加速度 ２０．Ｏ 嚣 名 １０．０ 嚣 娅 Ｏ．Ｏ 驰 据 】０．０ ０．０ ５．０ １０．０ 时间（ｓ） 图１０牵引车２横摆角加速度
Ｎｏ．６ Ｊｕｎ．２０１ １ 机械设计与制造 ２２３ ０．Ｏ５ Ｊ……Ⅲ…¨ Ｉ Ｏ．Ｏ ＾・ 『Ｖ ＾【． ＿ 。－ 厂 Ｊ 嚣一０．１ ｆ Ｊ 蘑 Ｙ ０．０ ５．０ １０．０ 时间（ｓ） 图１１牵引车１侧向加速度 图１２牵弓Ｉｔ ２侧向加速度 ３．３回正性仿真 回征性仿真是—种方向盘力阶跃输＾试验，在回正性仿真｛式验 时，首先使汽车模型执行转弯行驶达到设定的稳态条件，一 雠 最匠暮 然后将方向 盘闭环控制解除，模拟试车员突然松开方向盘以研究汽车在回正力 ５１ ０ １ ２ ３ Ｏ ｍ ｍ ｍ 作用的的响应，分析的重 是横摆加速度等变量恢复直线行驶状态 时的过渡特『 ，试验设置如下：仿真步幅设为０．０１，仿真步幅 真时 Ｊ司，仿真步数，在设置仿真步数时应当使步Ｊ幅小于０．０１，否则，系统将 提示仿真步幅过大。仿真部分结果，如图ｌ３一图１９所示。 ＿ 。 ，、 ＾ Ｊ、， ＩＩ Ｕ ¨ Ⅱ ’ ０ 时间（ｓ） 图１３牵引车ｌ方向盘转角 Ｉ 一…一…ｎ ｂ ｌ ／。 ｌ／ ｌ『、 ／ １ ／＼ ｜ 、 。＼ ｜ 、 ｜ 、 ， 时间（ｓ） 图ｌ４牵引车２方向盘转角 时间（ｓ） 图ｌ５牵引车１侧向加速度 一 Ｐ） 辩娟匠 Ｏ ５．０ １０．０ １５．０ 时间（ｓ） 图１６牵引车２侧向加速度 ＿～ｖｔ ¨ …Ｉ ５．ｏ １０．０ １５．０ 时间（ｓ） 图１７牵引车１纵向速度 一 鼍。Ｐ） 景 黜 图１８牵引车２纵向速度 时间（ｓ） 图１９牵引车２与挂车横摆角速度 ４结论 通过对牵引车和半挂车建模及典型试验分析得出，挂车对 牵引车瞬态响应的影响不大，但对于瞬态响应后进入稳定状态的 侧向加速度、横摆角速度等影响较大，挂车是一个复杂的机械系 统，在研究重型半挂车时，一定要把牵引车和挂车放在一起进行 试验研究，从而有效避免半挂车折叠、甩尾等不稳定工况的发生。 参考文献 ［１］张大壮，江辉．仿真技术在汽车传动系参数优化设计中的应用．汽车技 术，１９９０（１２）：１－９ ［２］郭卫东．虚拟样机技术与ＡＤＡＭＳ应用实例教程．北京：北京航空航天 大学出版社，２００８（６）． ［３］李增刚．ＡＤＡＭＳ入门详解与实例 Ｅ京：国防工业出版社，２００２． ［４］陈立平，张云清，任卫群，等．机械系统动力学分析及ＡＤＡＭＳ应用教 程．北京：清华大学出版社，２００５． ［５］陈军．ＭＳＣ．ＡＤＡＭＳ技术与工程分析实例．北京：中国水利水电出版社， ２ｏｏ８． ［６］中华人民共和国交通行业标准编制委员会．汽车列车性能要求及试验 方法ＪＴ／Ｔ４２６—２０００．交通标准化，２００１（２）：１８—２３．
2024年2月16日发(作者：姜秀丽)
第６期 ２０１１年６月 文章编号：１００１—３９９７（２０１１）０６—０２２１—０３ 机械设计与制造 Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ２２１ 基于ＡＤＡＭＳ的重型半挂牵引车建模及性能研究 崔胜民任熙华 （哈尔滨工业大学汽车工程学院，威海２６４２０９） Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｔｒａｉｌｅｒ ｔｏｗｉｎｇ ｖｅｈｉｃｌｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＤＡＭＳ ＣＵＩ Ｓｈｅｎｇ－ｍｉｎ，ＲＥＮ Ｘｉ－ｈｕａ （Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｗｅｉｈａｉ ２６４２０９，Ｃｈｉｎａ） 【摘要】在ＡＤＡＭＳ中建立重型半挂汽车的模型，通过角阶跃输入、角脉冲转向输入、回正性仿真 试验，来验证模型的瞬态响应特性及牵引车在有无半挂车两种＿ｖ－；Ｌ下性能的比较，仿真结果表明，车辆 动力学模型可以很好的仿真不同工况下车辆的响应，挂车对牵引车瞬态响应的影响不大，但对于瞬态 响应后进入稳定状态的侧向加速度、横摆角速度等影响较大，在研究重型半挂车时，一定要把牵引车和 挂车放在一起进行试验研究，从而更好地为重型半挂车的研究提供依据。 关键词：牵引车；重型半挂车；车辆响应 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ａ ｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌｆｏｒ ｈｅａｖｙ ｔｒａｉｌｅｒ ｔｏｗｉｎｇ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｅｔ ｕｐ ｉｎ ＡＤＡＭＳ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｖｅｒｆｉｙ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅ ｔｈｅ ｐｅｆｆｏｒｍａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｏｒ ｗｉｔｈｏｕｔ ｔｒａｉｌｅｒ ｂｙ ｌｎｅａｎ￥ｏｆｓｔｅｐ－ｉｎｐｕｔ， ｐｕｌｓｅ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｉｎｐｕｔ ｎｄ ａｒｅｔｕｒｎａｂｉｌｉｔｙ，ｗｈｉｃｈ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌｆｏｒ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｃａｎ ｓｉｍｕｌｔａｅ ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｖｅｒｙ ｗｅｌｌ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｔｒｉａｌｅｒ ｈａｓ ｌｉｔｔｌｅ ｉｎｌｆｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ，ｈｏｗｅｖｅｒ ｉｔ ｉｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｏｎ ｌｔｅｒａｌ ａａｃｃｅｌｅｒｔｉａｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｙａｗ－ｒａｔｅ ｗｈｉｃｈ ｃｏｍｅｓ ｔｏ ｓｔａｂｌｅ ｅｒ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｒｅｓｐｏｎｓｅ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｔ ｉｓ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｔｏ ｔｅｓｔ ｔｈｅ ｔｏｗｉｎｇ ｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｄ ｔｒｉｌａｅｒ ｔｏ－ ｇｅｔｈｅｒ ｉｎ ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｔｈｅ ｈｅａｖｙ ｔｒｉｌａｅｒ ｗｈｉｃｈ ｍａｙｐｒｏｖｉｄｅ ｂａｓｉｓｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｆｔｏｈｅ ｈｅａｖｙ ｔｒａｉｌｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｔｏｗｉｎｇ ｖｅｈｉｃｌｅ；Ｈｅａｖｙ ｔｒａｉｌｅｒ；Ｖｅｈｉｃｌｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ 中图分类号：ＴＨ１６，Ｕ４６９．５＋１，Ｎ９４５．１２文献标识码：Ａ １前言 随着社会经济的发展和道路运输条件的改善，汽车列车以其 设计开发周期、降低成本都可以起到显著的作用∞。 运用ＡＤＡＭＳ／ＣＡＲ建立了半挂车的多体力学模型：首先先确 这里采用五轴半挂车，其中，—个转 独有的“甩挂运输”、“区段运输”、“滚装运输”优势，逐渐成为了我 定挂车的整体尺寸和整体结构，牵引车后双驱动轴，挂车双从动轴，确定好挂车的整体尺寸 国道路中、长距离运输的主要方式，半挂车也逐渐由原先的两轴向 向轮轴、以后，开始自下而上的建立模型，在ＡＤＡＭＳ／ＣＡＲ中，用于整车分 三轴、甚至五轴发展，由轻型向中型、重型发展，以满足日益发达的 至少需要前后悬架、前后车轮、转向和车身子系统，各子 物流业对运输工具的需求。半挂汽车列车将是道路运输的基本运 析的组合，各 输单元，也是发展的必然趋势。所以挂车对牵引车的性能会造成什 系统都由事先建好的模板生成，模板中包括建立各种基本元素、最主要的是通讯器的建立，通讯器是一种基于模板 么样的影响，也成为了一个重要的研究方向，为此，基于理论建立 类组件及变量，用于子系统、模板、试验台之间数据的相互传递。最后 了虚拟牵引车、挂车的样机，并基于样机对初始条件输入相同的某 的关键元素，生成的牵引车模型，如图１所示。半挂车整车模型，如图２所示。 种牵引车和带有挂车的牵引车进行试验，从而得结论。 ２虚拟样机模型的建立 半挂车是一种包含惯性、弹性、阻尼等动力学特性的复杂非 线性系统。由于组成汽车的各个子系统（如转向系、悬架、传动机 构）之间的相互耦合作用，使汽车的动态特征非常复杂Ⅲ，这给半 挂车的运动学和动力学的分析带来很大的困难，ＡＤＡＭＳ软件使 用交互式图形环境及零件库、约束库和力库，创建复杂机械系统 的运动学和动力学模型，其模型可以是刚性体、也可以是柔性体、 一 图１牵引车１ 图２牵引车２（带有挂车的牵引车） 以及刚柔混合模型。利用它可以非常方便的对虚拟样机机械系统 进行静力学、运动学和动力学分析，在制造和测试实物样机之前 ３整车仿真分析 整车仿真有标准仿真和自定义２大部分，标准仿真指已经 对处于设计阶段的产品进行分析，了解其工作特『生并指导设计的 规定试验方法，用户只要在对应的界面上输入各种试验条件如初 改进，快速、方便的改变试验的种类，也没有任何的危险，帮助产 速度、档位、路径即可。自定义则指通过驱动控制文件、驱动参数 品制造商摆脱对物理样机的过度依赖，对于提高产品质量、缩短 文件将试验条件、试验方法等全部自行定义目。 ★来稿日期：２０１０—０８—０９
２２２ 崔胜民等：基于ＡＤＡＭＳ的重型半挂牵引车建模及性能研究 第６期 ３．１样车瞬态响应特征分析 由于施加了一个大的加速度来启动汽车，所在初始的（Ｏ一５） 在５ｓ时输入阶跃 转向盘转角阶跃输＾、下的转向瞬态响应是指汽车在等速直线行 秒内产生一个波动的横摆角速度和侧向加速度，两种工况下的牵引车都在１ｓ内进入稳定状态，在分别输 驶时，急速转动转向盘，然后维持其不变，即给汽车转向盘转角阶跃 转向值，４０￣，６０￣的情况下，分别稳定在相应的横摆角速 输入时的响应。汽车经过短暂时间后便进入等速圆周行驶，等速直 入转向盘转角２０。，并且随着车速的增加，稳态值也逐渐增加，即 线行驶和等速圆周行驶这两个稳态运动之间的过度过程便是一种 度和侧向加速度上，瞬态，相应的瞬态运动响应称为转向盘角阶跃输入下的瞬态响应。 两车的横摆角速度和侧向加速度跟车速存在单调递增的关系，由 横摆角速度和转向灵敏度不存在波动，所建模型具有良好 试验过程参照国标ＧＢ／ｒ６３２３．２＿９４汽车转向瞬态响应特ｆ生试验的 图可见，在转向盘角阶跃 有关方法目。在仿真过程中，设定汽车以３ｒｎ／ｓ的初速度恒速直线行 的瞬态响应特胜。由侧向加速度的曲线也可看出，驶，在５ ｓ时给整车以角阶跃输入，使方向盘转角从（５－５．５）ｓ向左分 输入以后，在一定范围内出现波动，证明仿真的结果跟实际情况接 别转过２０￣，４０￣，６０￣，维持此转角不变，并且保持整车前进速度恒定。 近。牵引车２在挂车的影响下侧向加速的的波动范围明显变小。转向盘转角曲线，横摆角速度瞬态响应曲线，如图３～图７所示。 ｉ ｝； ； 名 ＇ ｌ：：＝ ： ： ： 盘ｌ 时间（ｓ） 图３牵引车１、２角阶跃输入 ・ ｊ麓 ： Ｉ ， 蚤 ， ３ １． ， ，一 鼙。 Ｕ ｌ 一０． 时间（ｓ） 图４牵引车１横摆角速度 誊 ：，一 螫 矿 ｌ＾， ～ ， ｒ 驰 ｆ 蜒 卜…Ｉ“ｍ＿ Ｒ 州ｈ∞ … 』叫 时间（ｓ） 图５牵引车２横摆角速度 Ｉ三 ｌ ¨ ｛ Ⅱ Ｈ 址 憎 Ｒ 强‘ ／、 … Ｉｌ■ｎ Ｉ Ｚ Ｃ ：一＝ 暑 ＿＿，、 ，、，、 一—— 尽 ｌ’Ｉ， 、 嚣 ’Ｖ 时间（ｓ） 图６牵引车１侧向加速度 … ：：：二＝． ：：：： 一…Ｉ ０．４５ …。… 一～…・ｌｍＬ Ｈ …Ｊ Ｏ ０．１ ｜ｉ 量 Ｉ噍 ０ ＾，ｖ 『 堡 兽Ｅ ０．１ ０．０ ５．０ １０．０ １５．０ 时间（ｓ） 图７牵引车２侧向加速度 ３＿２角脉冲转向仿真实验 角脉冲转向实验时，在设定的直线行驶状态对转向机构输 入正弦角位移，转向输入的方式共有４种，方向盘转角、转向齿条 行程、作用在转向齿条上的力和方向盘转矩，在试验中选择方向 盘转角。试验还可以选择是否在仿真期间用巡航控制，使用巡航 控制时，汽车将由驱动器来自动控制其在整个仿真期间保持设定 的的初始速度；典型的试验结果有侧向加速度、侧倾率与横摆率， 试验将选在相同方向盘转角情况下，牵引车１和牵引车２的横摆 角加速度和侧向加速度为研究对象。 测试设置如下：仿真时间为１０ｓ，仿真步数为１０００步，选择 交互式仿真模式，路面文件选择２Ｄ道路在仿真过程中有路面图 形的Ｆｌａｔ平整路面，初始速度设定为５０ｋｍ／ｈ，最大转向值设为 １５０。，正弦波半波脉冲宽度为０．５ｓ，转向开始时间为第３ｓ，使用转 向盘转角输入，选择巡航控制，仿真部分结果曲线，如图８～图１２ 所示，其中，所有曲线的横轴为时间轴，单位为Ｓ。 ｌ＝ ＝ 。 ： ＝ 名 ０ 时间（ｓ） 图８两车方向盘转角输线 一２０．０ 鼍 １０＿０ 罨０．０ 驰 一１００ ０．０ ５ ０ １０．０ 时间（ｓ） 图９牵引车１横摆角加速度 ２０．Ｏ 嚣 名 １０．０ 嚣 娅 Ｏ．Ｏ 驰 据 】０．０ ０．０ ５．０ １０．０ 时间（ｓ） 图１０牵引车２横摆角加速度
Ｎｏ．６ Ｊｕｎ．２０１ １ 机械设计与制造 ２２３ ０．Ｏ５ Ｊ……Ⅲ…¨ Ｉ Ｏ．Ｏ ＾・ 『Ｖ ＾【． ＿ 。－ 厂 Ｊ 嚣一０．１ ｆ Ｊ 蘑 Ｙ ０．０ ５．０ １０．０ 时间（ｓ） 图１１牵引车１侧向加速度 图１２牵弓Ｉｔ ２侧向加速度 ３．３回正性仿真 回征性仿真是—种方向盘力阶跃输＾试验，在回正性仿真｛式验 时，首先使汽车模型执行转弯行驶达到设定的稳态条件，一 雠 最匠暮 然后将方向 盘闭环控制解除，模拟试车员突然松开方向盘以研究汽车在回正力 ５１ ０ １ ２ ３ Ｏ ｍ ｍ ｍ 作用的的响应，分析的重 是横摆加速度等变量恢复直线行驶状态 时的过渡特『 ，试验设置如下：仿真步幅设为０．０１，仿真步幅 真时 Ｊ司，仿真步数，在设置仿真步数时应当使步Ｊ幅小于０．０１，否则，系统将 提示仿真步幅过大。仿真部分结果，如图ｌ３一图１９所示。 ＿ 。 ，、 ＾ Ｊ、， ＩＩ Ｕ ¨ Ⅱ ’ ０ 时间（ｓ） 图１３牵引车ｌ方向盘转角 Ｉ 一…一…ｎ ｂ ｌ ／。 ｌ／ ｌ『、 ／ １ ／＼ ｜ 、 。＼ ｜ 、 ｜ 、 ， 时间（ｓ） 图ｌ４牵引车２方向盘转角 时间（ｓ） 图ｌ５牵引车１侧向加速度 一 Ｐ） 辩娟匠 Ｏ ５．０ １０．０ １５．０ 时间（ｓ） 图１６牵引车２侧向加速度 ＿～ｖｔ ¨ …Ｉ ５．ｏ １０．０ １５．０ 时间（ｓ） 图１７牵引车１纵向速度 一 鼍。Ｐ） 景 黜 图１８牵引车２纵向速度 时间（ｓ） 图１９牵引车２与挂车横摆角速度 ４结论 通过对牵引车和半挂车建模及典型试验分析得出，挂车对 牵引车瞬态响应的影响不大，但对于瞬态响应后进入稳定状态的 侧向加速度、横摆角速度等影响较大，挂车是一个复杂的机械系 统，在研究重型半挂车时，一定要把牵引车和挂车放在一起进行 试验研究，从而有效避免半挂车折叠、甩尾等不稳定工况的发生。 参考文献 ［１］张大壮，江辉．仿真技术在汽车传动系参数优化设计中的应用．汽车技 术，１９９０（１２）：１－９ ［２］郭卫东．虚拟样机技术与ＡＤＡＭＳ应用实例教程．北京：北京航空航天 大学出版社，２００８（６）． ［３］李增刚．ＡＤＡＭＳ入门详解与实例 Ｅ京：国防工业出版社，２００２． ［４］陈立平，张云清，任卫群，等．机械系统动力学分析及ＡＤＡＭＳ应用教 程．北京：清华大学出版社，２００５． ［５］陈军．ＭＳＣ．ＡＤＡＭＳ技术与工程分析实例．北京：中国水利水电出版社， ２ｏｏ８． ［６］中华人民共和国交通行业标准编制委员会．汽车列车性能要求及试验 方法ＪＴ／Ｔ４２６—２０００．交通标准化，２００１（２）：１８—２３．