汽车拖车组合系统中铰接装置的建模与仿真文献综述

文献综述（或调研报告）：

汽车拖车组合系统中铰接装置的理论建模与仿真分析文献综述

引言

由于牵引车与挂车之间的耦合作用，与普通两轴乘用车相比，CTC系统在稳定性方面表现较差，其行驶安全性主要与侧向失稳有关。侧向稳定性是指车辆直线行驶时抵抗外界侧向干扰（侧向风、路面不平整度、小曲率弯道）时保持直线行驶的性能，同时侧向稳定性也反映了车辆系统抵抗侧偏和侧倾的能力。与普通两轴乘用车相比，汽车拖车组合系统在一些工况下更加容易发生折叠、挂车甩尾或侧向摆振等多种侧向失稳情况。国内外的学者对于汽车拖车组合系统进行了相对深入的研究并取得了可观的成果。但是在大多数汽车拖车组合系统的研究中通常将铰接挂钩视为一个刚性的弹簧阻尼系统，而忽视了挂钩本身也是一个柔性连接件，其自身也具备多个自由度的弹性形变。因此，对铰接点的理论建模能够进一步细化汽车拖车组合系统的动力学分析，为行车安全提供保障。

一、国外对汽车拖车组合系统以及铰接点的研究发展现状

目前国外研究中所建立有关拖挂车组合系统的物理数学模型多是在研究拖挂车组合系统的侧向稳定性、转向稳定性等运动特性时所提出的，并且这些模型多是基于经典的线性二自由度或者三自由度模型的基础上结合拖挂车组合系统的结构通过合理的外推而建立。比如文献[1]中德国的Fisher教授对拖挂式房车的动态稳定性进行了研究，拖车类型为中置轴，铰接点为球铰连接器，在其研究过程中引入了铰接点的侧偏阻尼，对研究铰接点模型提供了一定的参考价值。文献[2]中Huuml;bner同样对中置轴拖车进行了类似研究，文献[5]中Reimpel在其拖车稳定性的研究中也针对相似的拖车模型，使用牛顿-欧拉方程得到了拖车系统的横摆运动方程，并且讨论了不同类型的铰接点联结形式对拖车系统稳定性的影响。以及文献[6]中Karnopp在其关于车辆稳定性研究的著作中，对半挂式汽车拖车组合系统中拖车模型的建立做了一定的研究，其中对于围绕铰接点中心做摆振行为的拖车摆振，在不考虑牵引车动力学方程的情况下，针对与牵引车前进方向之间存在铰接角的拖车，考虑不同的铰接点数学模型，分别建立了单自由度和三自由度两组拖车模型，并采用拉格朗日方法建立了完整的拖车摆动方程，在此基础上研究了拖车系统的临界速度。但是综合来看，目前国外研究中对于铰接点的动力学分析一般仅引入一到两个自由度，尚无可以作为描述汽车拖车组合系统系统铰接点的一般物理模型，因此基本可以确定目前若要对拖挂车组合系统系统的铰接点做理论研究，需要在确定具体研究方向的基础上合理的选择或建立合适的物理数学模型。

二、国内对拖挂车组合系统中铰接点的研究现状

从文献查阅结果来看，国内对拖挂车组合系统系统动态稳定性的研究还相对国外起步较晚，但在一些高等院校近年来也开展了对拖挂车组合系统系统相关的研究。其中，部分学者也注意到了铰接装置自身的动力学特性。例如文献[10]中刘宏飞对于半挂车辆的侧向稳定性进行了研究，在其研究中针对车体横摆角速度、车轮侧向力等主要参数建立了汽-拖车组合系统横向单轨双质心模型并引入了铰接点（鞍座）的侧偏阻尼，总结了系统稳定性与铰接点阻尼的关系并提出了增加半挂车辆中鞍座的阻尼可以有效降低系统横摆振幅和摆振频率进而提高系统的横向稳定性这一理论。在他的另一篇文献[11]中给出了对半挂车辆鞍座模型的具体建模过程，虽然仅有一个自由度且铰接点类型也比较特殊，但是依然为本课题提供了很好的参考。除此以外，国内对于简化的铰接点车辆模型已经有了非常详实的研究，例如张宁博士及其团队在文献[13]中对于车辆摆振做了系统的研究，基于简化铰接点的车辆模型进行了系统的建模（包含单轨模型和），为铰接点理论模型的仿真提供了载体。类似的研究还有文献中张立军等应用MATLAB/Simulink对三自由度汽车拖车组合系统模型采用了模糊PID控制研究，对汽车拖车组合系统系统稳定性的研究取得了一定的成果。还有的团队完全不考虑铰接点的约束，例如文献中包继华等分别利用牛顿定律和拉格朗日方法建立车辆系统的平动和横摆微分方程，并通过仿真测试了不同车速下的横摆角速度瞬态响应以及相对横摆角响应特性，值得一提的是模型建立过程之中不考虑车辆之间的约束力，有效降低了汽车拖车组合系统模型建立的难度。