trucksim的半挂车侧翻状态仿真分析
由于半挂车侧翻事故量逐年增加，因此对半挂车的侧翻研究有很强的现实意义。本文围绕半挂汽车列车侧翻状态仿真分析这一主题，利用多体动力学软件Trucksim构建整车模型，分析半挂汽车列车发生侧翻时的运动及受力情况。依据相关试验标准及车辆整车性能指标进行半挂汽车列车侧翻状态仿真，选取转向盘角阶跃输入工况、双移线工况分别进行仿真，初步评价模型车辆的操纵稳定性。最后通过控制变量法来确定单一参数变化对目标车辆操纵稳定性能的影响，得出影响半挂车侧翻的影响因数有车速、牵引车和半挂车的质量、轴距等，从而提出预防半挂车侧翻的方法，对半挂车驾驶员驾驶车辆时提出相关建议。 关键词 半挂车， 车辆侧翻， TruckSim， 建模仿真
目录
1 绪论 1
1.1 课题来源 1
1.2 选题背景及研究意义 1
1.3 国内外研究现状 3
1.4 研究内容 4
2 基于TruckSim的半挂车列车动力学模型的建立 5
2.1 半挂汽车列车特点分析 5
2.2 TruckSim分析 6
2.3 半挂车列车整车动力学模型的建立 9
3 半挂车列车侧翻状态仿真分析 18
3.1 转向盘角阶跃输入工况 18
3.2 双移线工况 25
结论 34
致谢 36
参考文献 37
1 绪论
1.1 课题来源
本课题来源于国家自然科学基金项目：半挂液罐车液固耦合机理与横向稳定性控制研究（51675212）。
1.2 选题背景及研究意义
1.2.1 选题背景
我国的物流运输业受益于电商的迅猛发展连续多年保持增长，面对巨量的运输货物，传统的点到点的运输方式已远远满足不了我国货物运输的需求。西方发达国家的物流总成本占国民生产总值的7%9%，而我国所占比例则为16%18%，这种差距是显而易见的，而采用甩挂运输的方式，是解决这一问题的重要途径。
甩挂运输的特点是牵引车与载重车分离，其运输优点是传统运输方式所无法比拟的。一是降低物流成本。甩挂运输可以减少传统货运车辆和驾驶员的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
配置，从而节省了车辆的维护费用和工资开支。二是提高运输效率。传统货运方式有一个很大的弊端就是驾驶员需要等待很长的货物装卸时间，这严重影响了效率，而甩挂运输则完美解决了这个问题。三是促进节能减排。甩挂运输能够有效减少牵引车的空驶，还可根据需要合理调度牵引车，以保证牵引车的重载运输，从而降低单位周转量的能耗。四是甩挂运输可以与其他运输方式完美结合，能够做到多式联运，从而大大推动我国现代高标准、高效率物流体系的建设。
近几年我国大力推行甩挂运输，但与此同时，与半挂车相关的道路交通事故量也逐年增加，而且往往事故后果极其严重，2015年7月，山西五保高速发生2辆半挂车相撞事故，造成9死2伤；2016年10月，枣庄市一半挂车与农用三轮车相撞，造成11人死亡的重大事故。据公安部2016年的交通事故数据显示，去年由于货车造成的交通事故大约总共有五万四百起，造成的损失也是巨大的，其中造成死亡人员二万五千人，造成受伤四万六千八百人，这几个数据分别占事故总量的30.5%、48.23%和27.81%，这远远高于货车的保有量占汽车总量的比例。由于半挂车自身体积大，载重量大，质心位置高等特点，使其不易操纵，易于发生安全事故，特别是许多驾驶员为了追求利益最大化，严重超载，使车辆侧翻问题更加突出，一旦事故发生，就会造成无法挽回的巨大损失。
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图 1.1 半挂车侧翻事故
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图 1.2 半挂车折叠事故
1.2.2 研究意义
高效的物流运输体系是保证我国发展的利器，在当前调结构、促生产的经济形势下，更要打造世界一流的运输体系。目前，西方发达国家普遍采用拖挂运输，这是在目前的技术水平下最有效率的运输型式，发达国家的公路货运几乎全部采用甩挂运输，而且一辆牵引车配备挂车的比例高达1:3.14，远超我国的水平，我国还有很大的发展空间。我国也一直在逐步推广半挂车的使用，国家多次发布指导文件促进我国货运体系的升级换代。2001年，交通部提出要支持引导半挂车的发展，并给予优惠政策。
2008年国务院发布文件要求完善半挂车的车牌管理和车辆保险制度。随后在2001年我国有了第一批甩挂运输试验试点，国务院在2014年明确提出在全国范围内推广甩挂运输试点工作取得的经验。
随着半挂车的发展，半挂车的一些弊端也在显露，半挂车的运输安全问题逐渐引起了人们的重视。由于半挂车实车试验受制于场地、安全等因数，难度较大,而使用虚拟仿真的方法，则可以很容易的分析出半挂车在不同仿真工况下的侧翻稳定性，可以通过软件输出的曲线或动画来直接观察车辆侧翻指标参数的变化情况。有了虚拟仿真这一工具，研发人员可以及时高效的发现半挂车设计中的缺陷，很容易进行列车相关参数的优化，在试验场地上无法完成的极限侧翻也能轻松解决，能够得到车辆的侧翻极限值。对于今天缩短车辆研发周期，减小开发成本，提高产品质量这个问题来说，虚拟仿真是必不可少的。通过这样也可以实现我国公路运输的快速转型。
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
二十世纪三十年代，德国学者L.Hubert系统研究了半挂车的行驶稳定性，发现半挂车轴距越长的车辆其行驶稳定性越好。H.Ziegler通过他的研究，发现随着半挂车车速的提高，车辆逐渐变得不稳定，当车辆的速度处于某一值时，半挂车会出现自激振荡现象，这对半挂汽车列车的稳定性有不利影响。David在车辆动力学和操稳性两个理论体系的指导下经过多年研究，得到了大量汽车操稳性的重要结论。
二十世纪七八十年代，外国对车辆动力学的研究更进一步，人们对车辆的研究不仅仅局限于试验，而是向着完整理论的方向发展，为了得到更加精确的结果，人们逐步开始研究非线性系统，模型的自由度也在增加，人们开始进行车辆瞬态响应的模拟计算。半挂车动力学的研究由此进入了黄金时间，尤其是美国密西根大学在这方面取得了丰硕的研究成果，在长达十多年的时间里，其对汽车的瞬态响应特性、操纵稳定性和装备防抱死制动装置时汽车的制动性等进行了一系列的研究，而且构建了七十一个自由度的半挂车非线性动力学系统模型，同时根据研究成果制作出许多用于仿真车辆操纵稳定性试验的软件。
目录
1 绪论 1
1.1 课题来源 1
1.2 选题背景及研究意义 1
1.3 国内外研究现状 3
1.4 研究内容 4
2 基于TruckSim的半挂车列车动力学模型的建立 5
2.1 半挂汽车列车特点分析 5
2.2 TruckSim分析 6
2.3 半挂车列车整车动力学模型的建立 9
3 半挂车列车侧翻状态仿真分析 18
3.1 转向盘角阶跃输入工况 18
3.2 双移线工况 25
结论 34
致谢 36
参考文献 37
1 绪论
1.1 课题来源
本课题来源于国家自然科学基金项目：半挂液罐车液固耦合机理与横向稳定性控制研究（51675212）。
1.2 选题背景及研究意义
1.2.1 选题背景
我国的物流运输业受益于电商的迅猛发展连续多年保持增长，面对巨量的运输货物，传统的点到点的运输方式已远远满足不了我国货物运输的需求。西方发达国家的物流总成本占国民生产总值的7%9%，而我国所占比例则为16%18%，这种差距是显而易见的，而采用甩挂运输的方式，是解决这一问题的重要途径。
甩挂运输的特点是牵引车与载重车分离，其运输优点是传统运输方式所无法比拟的。一是降低物流成本。甩挂运输可以减少传统货运车辆和驾驶员的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
配置，从而节省了车辆的维护费用和工资开支。二是提高运输效率。传统货运方式有一个很大的弊端就是驾驶员需要等待很长的货物装卸时间，这严重影响了效率，而甩挂运输则完美解决了这个问题。三是促进节能减排。甩挂运输能够有效减少牵引车的空驶，还可根据需要合理调度牵引车，以保证牵引车的重载运输，从而降低单位周转量的能耗。四是甩挂运输可以与其他运输方式完美结合，能够做到多式联运，从而大大推动我国现代高标准、高效率物流体系的建设。
近几年我国大力推行甩挂运输，但与此同时，与半挂车相关的道路交通事故量也逐年增加，而且往往事故后果极其严重，2015年7月，山西五保高速发生2辆半挂车相撞事故，造成9死2伤；2016年10月，枣庄市一半挂车与农用三轮车相撞，造成11人死亡的重大事故。据公安部2016年的交通事故数据显示，去年由于货车造成的交通事故大约总共有五万四百起，造成的损失也是巨大的，其中造成死亡人员二万五千人，造成受伤四万六千八百人，这几个数据分别占事故总量的30.5%、48.23%和27.81%，这远远高于货车的保有量占汽车总量的比例。由于半挂车自身体积大，载重量大，质心位置高等特点，使其不易操纵，易于发生安全事故，特别是许多驾驶员为了追求利益最大化，严重超载，使车辆侧翻问题更加突出，一旦事故发生，就会造成无法挽回的巨大损失。
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图 1.1 半挂车侧翻事故
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图 1.2 半挂车折叠事故
1.2.2 研究意义
高效的物流运输体系是保证我国发展的利器，在当前调结构、促生产的经济形势下，更要打造世界一流的运输体系。目前，西方发达国家普遍采用拖挂运输，这是在目前的技术水平下最有效率的运输型式，发达国家的公路货运几乎全部采用甩挂运输，而且一辆牵引车配备挂车的比例高达1:3.14，远超我国的水平，我国还有很大的发展空间。我国也一直在逐步推广半挂车的使用，国家多次发布指导文件促进我国货运体系的升级换代。2001年，交通部提出要支持引导半挂车的发展，并给予优惠政策。
2008年国务院发布文件要求完善半挂车的车牌管理和车辆保险制度。随后在2001年我国有了第一批甩挂运输试验试点，国务院在2014年明确提出在全国范围内推广甩挂运输试点工作取得的经验。
随着半挂车的发展，半挂车的一些弊端也在显露，半挂车的运输安全问题逐渐引起了人们的重视。由于半挂车实车试验受制于场地、安全等因数，难度较大,而使用虚拟仿真的方法，则可以很容易的分析出半挂车在不同仿真工况下的侧翻稳定性，可以通过软件输出的曲线或动画来直接观察车辆侧翻指标参数的变化情况。有了虚拟仿真这一工具，研发人员可以及时高效的发现半挂车设计中的缺陷，很容易进行列车相关参数的优化，在试验场地上无法完成的极限侧翻也能轻松解决，能够得到车辆的侧翻极限值。对于今天缩短车辆研发周期，减小开发成本，提高产品质量这个问题来说，虚拟仿真是必不可少的。通过这样也可以实现我国公路运输的快速转型。
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
二十世纪三十年代，德国学者L.Hubert系统研究了半挂车的行驶稳定性，发现半挂车轴距越长的车辆其行驶稳定性越好。H.Ziegler通过他的研究，发现随着半挂车车速的提高，车辆逐渐变得不稳定，当车辆的速度处于某一值时，半挂车会出现自激振荡现象，这对半挂汽车列车的稳定性有不利影响。David在车辆动力学和操稳性两个理论体系的指导下经过多年研究，得到了大量汽车操稳性的重要结论。
二十世纪七八十年代，外国对车辆动力学的研究更进一步，人们对车辆的研究不仅仅局限于试验，而是向着完整理论的方向发展，为了得到更加精确的结果，人们逐步开始研究非线性系统，模型的自由度也在增加，人们开始进行车辆瞬态响应的模拟计算。半挂车动力学的研究由此进入了黄金时间，尤其是美国密西根大学在这方面取得了丰硕的研究成果，在长达十多年的时间里，其对汽车的瞬态响应特性、操纵稳定性和装备防抱死制动装置时汽车的制动性等进行了一系列的研究，而且构建了七十一个自由度的半挂车非线性动力学系统模型，同时根据研究成果制作出许多用于仿真车辆操纵稳定性试验的软件。
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