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重型商用车辆和客车的动力学——振动环境
吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室组译，李杰教授领衔翻译，郭孔辉院士为手册作序。
本文摘编自《车辆系统动力学手册 第2卷，整车动力学》 ，机械工业出版社出版
19.1 引言
重型货车或重型商用车辆的动力学，正如其在IS0词汇中的称谓，与乘用车的动力学有许多明显的相似之处，然而也有一些差异。这是由于不同的使用领域和方式，需要不同的设计。乘用车用于运输1个、2个或有时更多的乘员，其总量一般小于总重量的10%，货车在一定的重量和尺寸限制范围内，用于运输尽可能多重量或体积的货物[1]
一个主要的区别是，重型货车由于本身的特性会侧翻，除非驾驶员避免超过侧向加速度限制。通常乘用车不会侧翻，除非外力使之倾斜，因为在达到足够大的侧向加速度之前，轮胎将饱和并开始滑移。然而，特殊操作下也可能会发生意外，如一些特定的车辆类别在所谓鱼钩操纵的情况下。
另一个主要的区别是，重型商用车辆和客车常常是铰接的，有一个或几个铰接点。这当然使得其动力学更为复杂，因为车辆的组合具有在各种操纵下激起的
振动模态。第三个重要的区别是，乘用车底盘的扭转和弯曲刚度相对较大，而重型商用车辆通常不会这样。这可能对不同区域的货车动态行为产生大的影响。虽然本章主要涉及重型货车，但是大部分内容也适用于重型客车。对重型货车和客车的研究相对乘用车的研究相对较少，但是仍有大量的文献研究重型车辆动力学的各个方面[2]，也有很多的基本理论和调查[3,4]
19.2 历史回顾
有人会说，自从20世纪中期以来，货车的基本设计没有发生多少变化。货车仍然使用填充空气的橡胶轮胎、刚性轴、驾驶室在其上的梯形车架、一些类型的上层结构和内燃机，如丹麦的三联车，如图19.1所示。其具有四个铰接点从40年代末开始在丹麦和德国之间运送货物。但是，这些系统都经历了巨大的发展，而且性能也更好，这是事实。没有革命，只有不断发展的进化过程。图19.2显示了一辆VolvoTitan(沃尔沃泰坦)当作者在沃尔沃开始职业生涯时，其仍是先进的。它是一辆漂亮的货车，属于沃尔沃的老货车俱乐部，但是不能长时间乘坐，其动态性能与现代沃尔沃相去甚远。尽管漂亮，但绝对不舒服。
在过去的半个世纪里，运输货物的数量大幅增加。不仅在国内增加，而且在国际上也增加，这导致每辆车要携带更多的货物。车辆已经变得更加专业化，为了竞争需要重量也更加优化。同样，发动机的性能也提高很多，使得平均速度更高。对驾驶员的良好舒适性以及承载的要求都在增长。因此，对货车的高可用性也有要求。交通强度稳步增加，使得车辆主动安全性成为焦点，所有这些因素都
要求增加车辆动力学的研究。一个有趣的问题是，什么因素推动了发展。市场当然是其中之一。如果没有买家，将不会发生新的发展。常说顾客永远是对的，这在某种意义上是正确的。然而，这并不完全正确，因为顾客只能判断已经存在的东西，并不总是能够评估可能是非常好的新功能。另一个发展的推动因素是公司、货车生产商及其核心价值，这是非常重要的。当然假定公司对推动某个方向的发展感兴趣，不仅是赚钱。最后，立法和监管可能是一个重要的推动因素，只要法规是好的法规。如果不是这样的话，可能会起反作用[5]
19.3 振动环境
在给定道路和车速下，车辆行驶的振动环境完全取决于车辆动力学。良好的振动环境意味着低的动态力和低的加速度水平。振动环境有很多方面如图19.3所示。驾驶员的振动环境乘坐或许是最明显的，可能是因为驾驶员可以表达其感受。其也可能是最重要的一个方面，因为由振动引起的人体伤害很少可以修复。振动环境的其他方面与载荷、车辆结构和基础设施有关[6-8。差的振动环境对驾驶员造成的后果，在最坏的情况下可能是长期暴露下受到伤害，或者疲劳引起驾驶能力下降有损于交通安全。如果货物对振动敏感，可能会损坏货物。基础设施可能因磨损增加而受损。同时车辆结构疲劳寿命降低。
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