汽车 – 拖车组合系统动力学建模仿真与稳定性分析

论文总字数：29860字

摘 要

学号：02012402 姓名：罗伟 指导教师：张宁 殷国栋

汽车-拖车组合系统是一个复杂多变的系统，其稳定性由多种因素决定。为研究系统的稳定性，需要对系统进行简化，而单轨模型则能很好得出汽车操纵稳定性的一些基本特性。所以可以通过建立牵引车以及拖车的单轨模型进而得到其稳定性分析结果。

本文主要研究汽车-拖车组合系统的动态稳定性，分析出系统各个参数对于系统动态稳定性的影响。通过建立单轨模型，并进行动力学建模，得到状态空间方程，进行matlab仿真，得出系统中各个参数的灵敏度。通过对于灵敏度的分析，为改善汽车-拖车组合的动态稳定性提供理论依据。本论文中的单轨模型与传统单轨模型相比创新之处在于建立了侧倾自由度。

通过matalab仿真，得到了牵引车和拖车的阻尼系数，弹簧刚度系数，稳定杆刚度系数与其他系统参数与临界速度增量的关系，由此分析可以得到改善系统稳定性的方案。

对于该系统稳定性的研究有很高的实际应用的价值，目前由于大型货车，运输车辆在行驶的过程中由于其稳定性不足，极易造成甩尾，侧翻等事故，存在极大的安全隐患。通过本文的研究可以从理论上很好的提高其稳定性，降低事故发生的几率。

关键词：扩展的单轨模型，稳定性分析，灵敏度

Abstract

Student ID:02012402 Name:Luo Wei Teacher:Zhang Ning,Yin Guodong

The car - trailer combination system is a complicated system, it’s stability is determined by many factors.To study the stability of the system, we need to simplify the system, and by single-track model we can get some basic characteristics of vehicle handling stability. So, through establishing single-track model of tractor and trailer, it’s stability analysis results can be obtained.

This article mainly research dynamic stability of the car - trailer combination system, and analysis the various parameters' influence to the dynamic stability of the system. Through the establishment of single-track model and dynamics model, the state space equation is obtained, do the matlab simulation, it is concluded that the sensitivity of each parameter in the system. Through the analysis of sensitivity, can get the theory basis to improve the dynamic stability of the car- trailer combination. Compared with the traditional single-track model, in this paper, roll motion is established.

By matlab simulation, the damping coefficient, the spring stiffness coefficient, the stabilisator stiffness coefficient of the towing car and trailer's relationship between the critical can be achieved, the analysis can improve the stability of the system.

There is a high practical value of the study on the stability of the system, now, due to the large trucks, transportation vehicle lack stability in the process of driving, can easily to drift and roll, existing great potential safety hazard. Through the study in this article, we can improve it’s stability in theory greatly, and reduce the risk of accidents.

Keywords: extended single-track model, stability analysis, sensitivity

目录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 4

1.3 论文研究内容及意义 4

1.4 论文组织结构 5

第二章 扩展的单轨模型的建立 7

2.1 扩展的单轨模型（横摆、横向自由度） 7

2.1.1 坐标系的建立（横向、横摆） 7

2.1.2 横向、横摆自由度模型的建立 8

2.1.3 横向、横摆自由度的动力学方程的建立 8

2.2 扩展的单轨模型（侧倾自由度） 8

2.2.1 坐标系的建立（侧倾） 9

2.2.2 侧倾自由度模型的建立 9

2.2.3 侧倾自由度的动力学方程的建立 9

2.3 牵引车和拖车前后轮侧偏力及侧偏角的计算 9

第三章 状态空间方程的建立 12

第四章 Matlab建模与仿真 14

4.1 根轨迹与阻尼比 14

4.2 参数灵敏度的分析 15

4.2.1 基于侧倾阻尼系数的灵敏度的分析 16

4.2.2基于侧倾刚度系数的灵敏度的分析 16

第五章 系统各个参数的灵敏度分析 19

第六章 总结与展望 21

致谢 22

参考文献 23

附录 24

绪论

研究背景与意义

汽车 – 拖车组合系统是由牵引车和拖车构成的列车系统^[1]。拖车有两种：全挂车和半挂车。通常全挂车也简称挂车。

半挂汽车列车其作用在运输中得到了很好的体现，其行驶的安全性问题受到了人们的高度重视。半挂汽车容易造成重大的交通事故，究其主要原因是半挂汽车的横向失稳。和两轴的普通单体乘用车相比而言，通过五轮机构相互作用，半挂汽车列车的牵引车和半挂车在高速转向、紧急避障等极限工况下可能会造成挂车甩尾、挂车折叠或着是横向摆振等多种驾驶员难以控制的横向失稳情况^[2]。本文的研究对象为房车，拖挂式房车同样属于半挂汽车列车。

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