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重型商用车辆和客车的动力学——振动环境

2025-04-07 14:12:11·  来源:机械工业出版社出版  
 

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。

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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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