李 臣，李興虎，張紅衛(wèi)，周 煒

(1.北京航空航天大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100191； 2.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院運(yùn)輸車(chē)輛運(yùn)行安全技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100088)

?

2015135

半掛汽車(chē)列車(chē)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)試驗(yàn)方法研究*

李 臣，李興虎，張紅衛(wèi)，周 煒

(1.北京航空航天大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100191； 2.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院運(yùn)輸車(chē)輛運(yùn)行安全技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100088)

轉(zhuǎn)彎制動(dòng)性能對(duì)半掛汽車(chē)列車(chē)的制動(dòng)安全有重大影響，針對(duì)我國(guó)目前半掛汽車(chē)列車(chē)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)缺失，傳統(tǒng)的單車(chē)試驗(yàn)設(shè)備不適用于半掛汽車(chē)列車(chē)等問(wèn)題，本文中從試驗(yàn)系統(tǒng)搭建、系統(tǒng)安裝方式和試驗(yàn)方法與評(píng)價(jià)等方面對(duì)半掛汽車(chē)列車(chē)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)行了探索性研究。結(jié)果表明：半掛汽車(chē)列車(chē)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)過(guò)程中側(cè)向加速度、制動(dòng)減速度、橫擺角速度和牽引車(chē)的俯仰角隨車(chē)速的升高而增加。建議半掛汽車(chē)列車(chē)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)試驗(yàn)中車(chē)速不超過(guò)30km/h，轉(zhuǎn)彎半徑不小于25m。

半掛汽車(chē)列車(chē)；轉(zhuǎn)彎制動(dòng)；試驗(yàn)系統(tǒng)；試驗(yàn)方法

前言

半掛汽車(chē)列車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)由牽引車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)和半掛車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)兩部分組成，二者各自獨(dú)立，又相互協(xié)調(diào)[1]。半掛汽車(chē)列車(chē)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)性能是列車(chē)在彎道減速行駛時(shí)保持預(yù)定路線行駛的能力，常用方向穩(wěn)定性來(lái)評(píng)價(jià)[2]。半掛汽車(chē)列車(chē)在轉(zhuǎn)彎制動(dòng)時(shí)，在離心力作用下會(huì)造成同軸左右車(chē)輪載荷差值加大，為防止車(chē)輪抱死，制動(dòng)效能比直線制動(dòng)時(shí)降低，且方向穩(wěn)定性變差，容易出現(xiàn)折疊、蛇形和擺振現(xiàn)象，甚至?xí)l(fā)生側(cè)翻。因此，對(duì)半掛汽車(chē)列車(chē)進(jìn)行轉(zhuǎn)彎制動(dòng)性能試驗(yàn)評(píng)價(jià)具有現(xiàn)實(shí)意義。

在半掛汽車(chē)列車(chē)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)性能研究方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者多采用理論計(jì)算和模擬仿真等方法研究半掛汽車(chē)列車(chē)制動(dòng)力分配、優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)控制算法提高轉(zhuǎn)彎制動(dòng)穩(wěn)定性等[3-8]。在半掛汽車(chē)列車(chē)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)性能道路試驗(yàn)研究方面，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的ISO 14794:2003《重型商用車(chē)和客車(chē)—轉(zhuǎn)彎制動(dòng)—開(kāi)環(huán)試驗(yàn)方法》[9]對(duì)半掛汽車(chē)列車(chē)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)試驗(yàn)方法提供了一定的參考。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB 7258—2012《機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件》[10]只規(guī)定了半掛汽車(chē)列車(chē)在直線制動(dòng)時(shí)的要求，評(píng)價(jià)指標(biāo)為制動(dòng)距離和充分發(fā)出的平均減速度，沒(méi)有對(duì)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，目前我國(guó)也尚未發(fā)布重型商用汽車(chē)彎道制動(dòng)性能試驗(yàn)方法的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

由于半掛汽車(chē)列車(chē)結(jié)構(gòu)的特殊性，傳統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)備只適用于單體車(chē)，而不適用于半掛汽車(chē)列車(chē)。本文對(duì)半掛汽車(chē)列車(chē)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)性能道路試驗(yàn)從系統(tǒng)搭建、試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)等方面進(jìn)行探索性研究。

1 半掛汽車(chē)列車(chē)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)

由于半掛汽車(chē)列車(chē)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)實(shí)車(chē)道路試驗(yàn)存在危險(xiǎn)性，轉(zhuǎn)彎半徑過(guò)小或制動(dòng)初始速度過(guò)大都有可能造成折疊甚至翻車(chē)。因此，在進(jìn)行實(shí)車(chē)道路之前，本文中建立了半掛汽車(chē)列車(chē)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)的數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行了多次仿真，以確定實(shí)車(chē)試驗(yàn)時(shí)的安全車(chē)速和轉(zhuǎn)彎半徑。

半掛汽車(chē)列車(chē)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)時(shí)的受力如圖1所示。

根據(jù)半掛汽車(chē)列車(chē)受力和動(dòng)力學(xué)相關(guān)理論，推導(dǎo)出牽引車(chē)運(yùn)動(dòng)微分方程如式(1)所示，半掛車(chē)運(yùn)動(dòng)微分方程如式(2)所示，各車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)微分方程如式(3)所示。

(1)

(2)

(3)

2 半掛汽車(chē)列車(chē)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)搭建

半掛汽車(chē)列車(chē)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)由牽引車(chē)檢測(cè)裝置、半掛車(chē)檢測(cè)裝置、計(jì)算機(jī)和供電設(shè)備等部分組成。牽引車(chē)檢測(cè)裝置包括雙天線GPS測(cè)量?jī)xRLVB20SL(以下簡(jiǎn)稱為VBOX2)、三軸角速度與加速度陀螺儀IMU02、汽車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)角測(cè)量?jī)xHCZ-1、模擬信號(hào)采集器RLVBADC03。半掛車(chē)檢測(cè)裝置主要包括三天線GPS測(cè)量?jī)xRLVB20SL3(以下簡(jiǎn)稱VBOX3)、三軸角速度與加速度陀螺儀IMU02[11-13]。牽引車(chē)和半掛車(chē)檢測(cè)系統(tǒng)組成與連接如圖2所示。

2.2 檢測(cè)系統(tǒng)在半掛汽車(chē)列車(chē)上的安裝

將牽引車(chē)和半掛車(chē)的檢測(cè)裝置分別布置在牽引車(chē)和半掛車(chē)上，二者分別單獨(dú)供電。半掛車(chē)檢測(cè)裝置固定在半掛車(chē)貨廂頂部，距離駕駛室較遠(yuǎn)，難以實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的直接連接，在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)采用SD卡采集半掛車(chē)的相關(guān)數(shù)據(jù)。檢測(cè)系統(tǒng)在牽引車(chē)和半掛車(chē)上的安裝情況如圖3和圖4所示，各測(cè)試裝置的安裝位置如圖5所示。

2.3 試驗(yàn)車(chē)輛

試驗(yàn)用半掛汽車(chē)列車(chē)由一汽解放某6×4型牽引車(chē)和揚(yáng)州中集通華三軸廂式半掛車(chē)組成，列車(chē)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)實(shí)車(chē)道路試驗(yàn)在定遠(yuǎn)汽車(chē)試驗(yàn)場(chǎng)性能廣場(chǎng)進(jìn)行，試驗(yàn)車(chē)輛如圖6所示。

試驗(yàn)車(chē)輛基本參數(shù)如表1所示，表中牽引車(chē)前軸到第1根后軸的距離為3.2m，牽引車(chē)兩后軸之間的距離為1.35m；半掛車(chē)牽引銷(xiāo)到第1根軸的距離為8.03m，3根并裝軸的軸間距離為1.31m。

表1 半掛汽車(chē)列車(chē)基本參數(shù)

2.4 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在平整的水泥路面上進(jìn)行，試驗(yàn)前測(cè)量路面任意方向坡度不大于2.5%，試驗(yàn)時(shí)風(fēng)速為2.3m/s，溫度為30°，濕度為60%，氣壓為10.01kPa。

車(chē)輛滿載，技術(shù)狀況達(dá)到生產(chǎn)商的技術(shù)要求。試驗(yàn)前，對(duì)半掛汽車(chē)列車(chē)預(yù)熱行駛。

試驗(yàn)時(shí)，半掛汽車(chē)列車(chē)以30km/h的車(chē)速沿半徑為25m的圓周進(jìn)行左右各3次轉(zhuǎn)彎制動(dòng)，試驗(yàn)過(guò)程中采集半掛汽車(chē)列車(chē)的轉(zhuǎn)彎半徑、縱向速度、縱向加速度、側(cè)向加速度、橫擺角速度和俯仰角等參數(shù)。

3 實(shí)車(chē)試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)中，半掛汽車(chē)列車(chē)轉(zhuǎn)彎半徑隨時(shí)間的變化曲線如圖7所示。

由圖7可以看出：半掛汽車(chē)列車(chē)在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中，轉(zhuǎn)彎半徑基本穩(wěn)定在25m，轉(zhuǎn)彎開(kāi)始和制動(dòng)結(jié)束后由于轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角較小，實(shí)際曲線中半徑也較大。上述轉(zhuǎn)彎半徑曲線可與圖8中半掛汽車(chē)列車(chē)轉(zhuǎn)彎軌跡曲線相互印證。

半掛汽車(chē)列車(chē)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)過(guò)程中，縱向速度隨時(shí)間的變化曲線如圖9所示。

由圖9可以看出：半掛汽車(chē)列車(chē)速度從0逐漸上升，到23s時(shí)牽引車(chē)速度為31km/h，半掛車(chē)速度為29km/h，由于是轉(zhuǎn)彎行駛，半掛車(chē)速度和牽引車(chē)速度略有差別，但二者具有很好的跟隨性；隨后駕駛員進(jìn)行緊急制動(dòng)，牽引車(chē)和半掛車(chē)的速度迅速下降，到26s時(shí)，半掛車(chē)速度降為0，牽引車(chē)速度在0.7km/h左右波動(dòng)，說(shuō)明牽引車(chē)在半掛車(chē)的作用下發(fā)生前后晃動(dòng)。

半掛汽車(chē)列車(chē)縱向加速度隨時(shí)間的變化曲線如圖10所示。

由圖10可以看出：制動(dòng)前，牽引車(chē)和半掛車(chē)的縱向加速度在0附近波動(dòng)且二者數(shù)值基本一致；踩下制動(dòng)踏板后，縱向加速度迅速增大，到24.9s時(shí)達(dá)到峰值，牽引車(chē)制動(dòng)加速度為-0.51g，半掛車(chē)制動(dòng)加速度為-0.49g。

半掛汽車(chē)列車(chē)側(cè)向加速度隨時(shí)間的變化曲線如圖11所示。

由圖11可以看出：隨著車(chē)速的逐漸增大，側(cè)向加速度也逐漸增大，在23s時(shí)側(cè)向加速度達(dá)到最大值，牽引車(chē)為0.32g，半掛車(chē)為0.28g，整個(gè)轉(zhuǎn)彎過(guò)程中半掛車(chē)的側(cè)向加速度略低于牽引車(chē)，但二者具有較好的跟隨性；制動(dòng)后，半掛車(chē)的側(cè)向加速度迅速下降，到26s時(shí)達(dá)到最低點(diǎn)-0.08g后逐漸趨向于0，牽引車(chē)也迅速下降，到25s時(shí)出現(xiàn)小的波動(dòng)后繼續(xù)下降后趨于0，波動(dòng)是由牽引車(chē)在制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了輕微的側(cè)滑引起。

半掛汽車(chē)列車(chē)橫擺角速度隨時(shí)間的變化曲線如圖12所示。

由圖12可以看出：牽引車(chē)在整個(gè)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)過(guò)程中橫擺角速度波動(dòng)比半掛車(chē)大，但二者總體上是一致的；牽引車(chē)橫擺角速度的最大絕對(duì)值為0.46rad/s，時(shí)間發(fā)生在23s，也即制動(dòng)踏板踩下的時(shí)刻，之后迅速減小，在26s時(shí)出現(xiàn)反方向的小峰值0.03rad/s后趨于0。

半掛汽車(chē)列車(chē)俯仰角隨時(shí)間的變化曲線如圖13所示。

由圖13可以看出：在轉(zhuǎn)彎制動(dòng)過(guò)程中，牽引車(chē)的俯仰角隨時(shí)間變化較大，最大絕對(duì)值達(dá)到0.11rad，制動(dòng)后迅速減小為0后又產(chǎn)生了小的波動(dòng)，原因是牽引車(chē)質(zhì)量相對(duì)半掛車(chē)小，轉(zhuǎn)彎制動(dòng)過(guò)程中受半掛車(chē)影響較大；半掛車(chē)在整個(gè)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)過(guò)程中俯仰角變化較小，原因是半掛車(chē)的質(zhì)量較大。

4 結(jié)論

(1) 利用所搭建的試驗(yàn)系統(tǒng)可以方便地進(jìn)行半掛汽車(chē)列車(chē)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)試驗(yàn)中參數(shù)的測(cè)量。

(2) 半掛汽車(chē)列車(chē)在轉(zhuǎn)彎制動(dòng)過(guò)程中側(cè)向加速度、制動(dòng)減速度、橫擺角速度和牽引車(chē)的俯仰角隨速度的升高而增加，實(shí)車(chē)試驗(yàn)速度建議不超過(guò)30km/h，半掛汽車(chē)列車(chē)轉(zhuǎn)彎半徑不小于25m，以免試驗(yàn)過(guò)程發(fā)生危險(xiǎn)。

[1] 郭正康.現(xiàn)代汽車(chē)列車(chē)設(shè)計(jì)與使用[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2006.

[2] 宋秀年,蘇建,王東杰,等.半掛汽車(chē)列車(chē)彎道行駛制動(dòng)穩(wěn)定性[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào),2010,10(1):50-55.

[3] Suh Myung-Won, Park Yoon-Ki, Kwon Seong-Jin, et al. A Simulation Program for the Braking Characteristics of Tractor-Semitrailer Vehicle[C]. SAE Paper 2000-01-3415.

[4] Zagorski Scott B, Guenther Dennis A, Heydinger Gary J. A Study of Jackknife Stability of Class Ⅷ Vehicles with Multiple Trailers with ABS Disc/Drum Brakes[C]. SAE Paper 2004-01-1741.

[5] Dunn Ashley L, Heydinger Gary J, Fizzoni Giorgio, et al. In-Depth Analysis of the Influence of High Torque Brakes on the Jackknife Stability of Heavy Trucks[C]. SAE Paper 2003-01-3398.

[6] Neuhaus Detlev, Willms Jens. Vehicle Dynamics Continuous Improvements in Vehicle Safety from ABS to Electronic Stability Control[C]. SAE Paper 2005-26-065.

[7] Chern Yitzong(Jim), Basch R H. A Drum Brake Squeal Analysis in the Time Domain[C]. SAE Paper 2005-01-2312.

[8] 王德杉,夏長(zhǎng)高.半掛汽車(chē)列車(chē)彎道制動(dòng)效能分析[J].汽車(chē)技術(shù),1991(12):1-8.

[9] ISO 14794:2003 Heavy Commercial Vehicles and Buses-Braking in a Turn-Open-loop Test Methods[S].2003.

[10] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB 7258—2012機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2012.

[11] Racelogic VBOX Intruduction [EB/OL]. Racelogic, http:// www. Racelogic.co.uk,2012.3.

[12] Racelogic IMU02 Intruduction [EB/OL]. Racelogic, http:// www. Racelogic.co.uk,2012.3.

[13] Racelogic RLVBADC03 Intruduction [EB/OL]. Racelogic, http:// www. Racelogic.co.uk,2012.3.

A Study on the Test Methods of Cornering Braking for Tractor-semitrailer Combination

Li Chen1,2, Li Xinghu1, Zhang Hongwei2& Zhou Wei2

1.SchoolofTransportationScienceandEngineering,BeihangUniversity,Beijing100191; 2.KeyLaboratoryofOperationSafetyTechnologyonTransportVehiclesMinistryofCommunication,ResearchInstituteofHighwayMinistryofCommunication,Beijing100088

Cornering braking performance has significant influence on the braking safety of tractor-semitrailer combination. Aiming at the problems of the lack of test standard for the cornering braking of tractor-semitrailer combination in China and the unsuitability of conventional test device for tractor-semitrailer combination, an exploratory study on the cornering braking of tractor-semitrailer combination is conducted in terms of the construction and installation of test system as well as test method and evaluation. The results show that the lateral acceleration, braking deceleration, raw rate and the pitch angle of tractor rise with the increase of vehicle speed, and it is recommended that the vehicle speed should not exceed 30km/h and the turning radius should not less than 25m during the cornering braking of tractor-semitrailer combination.

tractor-semitrailer combination; cornering braking; test system; test methods

*交通運(yùn)輸部重大科技專(zhuān)項(xiàng)(2011318223450)資助。

原稿收到日期為2013年11月1日。