半挂汽车列车三自由度平面运动稳定性分析

发布时间：2017-09-14 06:05

  本文关键词：半挂汽车列车三自由度平面运动稳定性分析

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【摘要】：半挂汽车列车因为其具有载货量大,运输经济成本低等优点,已经逐渐成为货物运输的主体。当前高速公路建设里程增加,车辆速度明显提高,交通量也随着乘用车的普及迅速增大,使得半挂汽车列车在高速状态进行转向操作的几率升高,从而导致车辆发生失稳的状况也越来越多。半挂汽车列车作为一种组合车型,在生产运营与市场销售时普遍采取独立模式,难以保证两车的匹配性,整车运动也会呈现出与单体车辆不同的运动特性,因此,需要将半挂汽车列车作为整体,以进行其动力学特性的研究,从而改善半挂汽车列车的操纵和行驶稳定性能。半挂汽车列车在极限工况(高速、紧急转向等)下行驶时,其系统的动力学特性将发生很大的变化,因此本文围绕半挂汽车列车高速转向时的平面运动特性、能量转移变化等问题进行了研究,通过对半挂汽车列车在不同转向条件下的动力学特性差异以及能量转移变化的分析,力求找出其在平面运动过程中的失稳机理,掌握其非线性动力学特性,为能更加安全的进行半挂汽车列车操纵提供理论依据。本文的主要研究内容如下:(1)建立了半挂汽车列车三自由度线性动力学模型,根据选取的状态变量,通过矩阵变换,将整车动力学模型转化为状态空间表达式,利用Matlab/Simulink搭建了整车模型,对车辆在空载和满载状态下以角阶跃输入与正弦输入进行转向行驶时的运动特性进行了分析,揭示了线性模型的特点,为验证后续所建非线性模型是否正确提供了参照模型。(2)为了提高模型的精准度,采用魔术公式轮胎力模型,建立了半挂汽车列车三自由度非线性动力学模型,利用Matlab/Simulink搭建整车模型,对一定车速时,不同载荷与转向条件下的车辆运动特性进行仿真,对比分析了线性模型与非线性模型的仿真结果,验证了所建非线性模型的正确性,对车辆临界失稳时的特性进行了分析,为后续章节的能量分析提供可靠的数据支持。(3)通过调用对半挂汽车列车非线性模型进行仿真时得到的数据,从系统能量转化的角度对不同载荷与转向条件下的半挂汽车列车进行分析,并与相同实验条件下的车辆运动学响应特性进行对比,验证能量分析对车辆状态辨识的可靠性。
【关键词】：半挂汽车列车 平面运动特性 三自由度 动力学分析 能量转化
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.53
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 国外研究现状12-14
• 1.2.2 国内研究现状14-17
• 1.3 本文主要研究内容17-19
• 第2章 车辆线性三自由度模型建模及仿真分析19-35
• 2.1 车辆模型的建立19-24
• 2.1.1 定义车辆坐标系19-20
• 2.1.2 轮胎力的表达式20-21
• 2.1.3 车辆动力学方程的建立21-24
• 2.2 模型仿真及运动特性分析24-33
• 2.2.1 空载角阶跃输入24-26
• 2.2.2 空载正弦输入26-29
• 2.2.3 满载角阶跃输入29-31
• 2.2.4 满载正弦输入31-33
• 2.3 本章小结33-35
• 第3章 车辆三自由度非线性模型建模及仿真分析35-49
• 3.1 非线性轮胎数学模型35-36
• 3.2 整车动力学模型36-38
• 3.3 非线性模型仿真及运动特性分析38-47
• 3.3.1 空载角阶跃输入38-41
• 3.3.2 空载正弦输入41-43
• 3.3.3 满载角阶跃输入43-45
• 3.3.4 满载正弦输入45-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第4章 车辆动力学系统能量分析49-59
• 4.1 系统能量守恒特性49
• 4.2 整车系统能量表示49-50
• 4.3 能量转移特性分析50-57
• 4.3.1 空载角阶跃输入50-52
• 4.3.2 空载正弦输入52-53
• 4.3.3 满载角阶跃输入53-55
• 4.3.4 满载正弦输入55-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第5章 总结和展望59-61
• 5.1 总结59
• 5.2 展望59-61
• 参考文献61-65
• 附录1各符号的意义65-67
• 致谢67

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