一种多轴特种车辆侧翻指标优化方法技术

本发明专利技术属于车辆工程技术领域，具体地涉及一种多轴特种车辆侧翻指标优化方法。步骤1：建立多轴特种车辆动力学模型，并对建立的多轴整车动力学模型进行测试；步骤2：基于步骤1建立的多轴特种车辆动力学模型，进一步建立多轴特种车辆的侧翻动力学模型，针对侧翻动力学模型建立侧翻评价指标LTR；步骤3：建立对步骤2的LTR瞬态值和预警阈值的优化方法。利用Trucksim建立了动力学特性与实车高度吻合的多轴特种车动力学模型，综合考虑簧载质量与非簧载质量的侧倾力矩对于两侧车轮垂向载荷差的影响，以及车速与路面环境变化对侧翻预警阈值的影响，对LTR与LTR阈值的计算进行了优化，提高了特种车辆防侧翻控制的侧翻预警精度。提高了特种车辆防侧翻控制的侧翻预警精度。提高了特种车辆防侧翻控制的侧翻预警精度。

【技术实现步骤摘要】
一种多轴特种车辆侧翻指标优化方法


[0001]本专利技术属于车辆工程
，具体地涉及一种多轴特种车辆侧翻指 标优化方法。

技术介绍

[0002]多轴特种车辆作为大型装备的主要运输平台与承载介质，在国防与军 事行业中发挥着重要的作用。现代特种车辆大多都具有整备质量大、质 心高、车身长、轮距窄的特点，战时面对复杂的行驶环境，很容易发生侧 倾、侧翻等失稳现象。因此，需要通过防侧翻控制提升车辆的行驶稳定性， 而车辆的防侧翻控制，首先需要关注的一个问题是采用何种评价指标来准 确评价车辆侧翻的危险程度。
[0003]目前，对于车辆防侧翻控制与侧翻预警的研究形成了几种不同的评价 指标。主要包括侧倾角、侧向加速度、LTR与ZMP理论等。几种常用的 评价指标中，LTR因其定义与临界条件明确是运用最广泛的侧翻评价指 标，但LTR也存在一定的局限性，由LTR的定义，当车辆的一侧车轮脱 离地面，即LTR的值为1时，便判定车辆发生了侧翻。而事实情况，车轮 在受到冲击发生瞬时离地时车辆并不一定会发生侧翻。有学者研究表明， 车辆非黄载质量的侧倾力矩对LTR的计算精度有较大的影响，而许多学者 在计算LTR时并没有考虑簧载质量侧倾力矩的影响。另外，目前关于车辆 防侧翻控制的研究中预警阈值的选取大都设为一个定值，而没有考虑车速 与路面环境变化的影响，使得侧翻指标往往只适用于绊倒性侧翻，对非绊 倒性侧翻的适用性较差。多轴特种车辆往往需要在越野环境下行驶，面对 复杂多变的路面行驶环境，采用固定的预警阈值的方式进行防侧翻控制， 很可能会由于预警太迟导致控制系统反应时间不足进而影响侧翻控制的 效果。
[0004]因此，需要对车辆的侧翻指标的计算精度以及预警阈值的确定进行更 深一层次的研究，建立一种对车辆侧翻危险程度评价更准确的侧翻指标以 及一种预警效果更好的预警阈值计算方法，作为车辆防侧翻控制与预警控 制的基础。

技术实现思路

[0005]针对上述存在的在问题，本文基于常用LTR与ZMP的动态分析，提 出了一种同时考虑簧载质量与非黄载质量侧倾力矩影响的新侧翻评价指 标以及一种能根据车速与路面附着系数自适应确定预警阈值的计算方式。 通过搭建的Trucksim车辆动力学模型与实车试验，分别对优化后LTR的 计算精度与新预警阈值的预警效果进行了对比分析，为特种车辆侧翻控制 与侧翻预警提供了思路。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下
[0007]一种多轴特种车辆侧翻指标优化方法，包括：
[0008]步骤1：建立多轴特种车辆动力学模型，并对建立的多轴整车动力学 模型进行测试；
[0009]步骤2：基于步骤1建立的多轴特种车辆动力学模型，进一步建立多 轴特种车辆的
侧翻动力学模型，针对侧翻动力学模型建立侧翻评价指标 LTR；
[0010]步骤3：建立对步骤2的LTR瞬态值和预警阈值的优化方法。
[0011]优选的，所述步骤1包括：
[0012]步骤1.1：在Trucksim中建立包括车身、轮胎系统、悬架系统、转向系 统、动力传动系统和制动系统的多轴特种车辆动力学模型；
[0013]步骤1.2：建立测试系统，对多轴特种车辆动力学模型的位移、速度、 加速度、角速度以及行驶所经过路面的坐标、坡度变化和海拔高度数据进 行采集，对采集的数据分析和处理；
[0014]步骤1.3：选取实车实验的一段行驶轨迹，在步骤1的Trucksim中搭建 与该段轨迹相同的路谱信息，包括路面的坡度变化、转弯半径、摩擦系数 相同的路面，并设定与实车实际运行时速度相同的车速进行仿真测试。
[0015]优选的，所述步骤2具体为：
[0016]步骤2.1：基于步骤1建立的多轴特种车辆动力学模型，进一步建立 多轴特种车辆的侧翻动力学模型；
[0017]步骤2.2：针对步骤2.1的侧翻动力学模型建立基于整车质量的侧翻评 价指标LTR。
[0018]优选的，所述步骤2.1具体为：
[0019]步骤2.1.1：建立多轴特种车辆的侧翻动力学模型；
[0020]步骤2.1.2：在步骤2.1.1的基础上，建立侧倾力矩、横摆力矩和横向 力平衡方程：
[0021]侧倾力矩平衡方程：
[0022][0023]横摆力矩平衡方程：
[0024][0025]横向力平衡方程：
[0026][0027]式中，m为整车质量，m
s
为簧载质量，m
u
为非簧载质量，J
zz
和J
xx
分 别为整车于z轴与x轴的转动惯量，φ为车身侧倾角，为车身侧倾角速度， 为车身侧倾角加速度，ω
z
为车辆的横摆角速度，为横摆角加速度，K
φ 为等效的车身侧倾刚度，C
φ
为等效车身侧倾阻尼，a
y
与a
ys
分别为整车和簧 载质量的侧向加速度，h
x
为簧载质量重心到侧倾中心的距离， F
yi
(i＝1,2,3,4,5)为一至五桥车轴的侧向力，l
i
(i＝1,2,3,4,5)为一至五桥车轴中 心到质心的距离。
[0028]优选的，所述步骤2.2具体为：
[0029]基于整车质量的侧翻评价指标LTR为：
[0030][0031]式中，B为两侧车轮的轮距，H为簧载质量重心到地面的高度。
[0032]优选的，所述步骤3的LTR瞬态值的优化具体为：
[0033]将车辆簧载质量的侧向加速度写为：
[0034][0035]则簧载质量于侧倾中心点的侧倾力矩平衡方程为：
[0036][0037]簧载质量于两侧车轮与地面接触点中心的侧倾力矩平衡方程为：
[0038][0039]结合式(1)，(6)与(7)得到优化后的：
[0040][0041]为车辆侧向速度的导数，v
x
为纵向车速，ω
z
为横摆角速度，m
u
为非 簧载质量，F
ZR
为车辆左侧所有车轮的垂向载荷之和，F
ZL
为右侧所有车轮 的垂向载荷之和；
[0042]最后在Trucksim中搭建鱼钩转向工况对LTR
o
的计算精度进行验证。
[0043]优选的，所述步骤3的LTR预警阈值LTR
t
的优化具体为：
[0044]利用搭建的鱼钩转向工况，在不同的摩擦系数和车速下分别进行仿真 测试，路面的摩擦系数按0.05的等差由0.1以增加至1，车速按10km/h 的等差由50km/h增加至最高行驶速度要求100km/h，得到114组不同路面 摩擦系数与车速下的LTR值，对于车辆会发生侧翻的测试情况，定义|LTR| 首次到达1前0.1s时的LTR值作为LTR的预警阈值，对于车辆不会发生 侧翻的工况，定义LTR的预警阈值为1，结果如表1所示：
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多轴特种车辆侧翻指标优化方法，其特征在于：包括：步骤1：建立多轴特种车辆动力学模型，并对建立的多轴整车动力学模型进行测试；步骤2：基于步骤1建立的多轴特种车辆动力学模型，进一步建立多轴特种车辆的侧翻动力学模型，针对侧翻动力学模型建立侧翻评价指标LTR；步骤3：建立对步骤2的LTR瞬态值和预警阈值的优化方法。2.根据权利要求1所述的一种多轴特种车辆侧翻指标优化方法，其特征在于：所述步骤1包括：步骤1.1：在Trucksim中建立包括车身、轮胎系统、悬架系统、转向系统、动力传动系统和制动系统的多轴特种车辆动力学模型；步骤1.2：建立测试系统，对多轴特种车辆动力学模型的位移、速度、加速度、角速度以及行驶所经过路面的坐标、坡度变化和海拔高度数据进行采集，对采集的数据分析和处理；步骤1.3：选取实车实验的一段行驶轨迹，在步骤1的Trucksim中搭建与该段轨迹相同的路谱信息，包括路面的坡度变化、转弯半径、摩擦系数相同的路面，并设定与实车实际运行时速度相同的车速进行仿真测试。3.根据权利要求2所述的一种多轴特种车辆侧翻指标优化方法，其特征在于：所述步骤2具体为：步骤2.1：基于步骤1建立的多轴特种车辆动力学模型，进一步建立多轴特种车辆的侧翻动力学模型；步骤2.2：针对步骤2.1的侧翻动力学模型建立基于整车质量的侧翻评价指标LTR。4.根据权利要求3所述的一种多轴特种车辆侧翻指标优化方法，其特征在于：所述步骤2.1具体为：步骤2.1.1：建立多轴特种车辆的侧翻动力学模型；步骤2.1.2：在步骤2.1.1的基础上，建立侧倾力矩、横摆力矩和横向力平衡方程：侧倾力矩平衡方程：横摆力矩平衡方程：横向力平衡方程：式中，m为整车质量，m
s
为簧载质量，m
u
为非簧载质量，J
zz
和J
xx
分别为整车于z轴与x轴的转动惯量，φ为车身侧倾角，为车身侧倾角速度，为车身侧倾角加速度，ω
z
为车辆的横摆角速度，为横摆角加速度，K
φ
为等效的车身侧倾刚度，C
φ
为等效车身侧倾阻尼，a
y
与a
ys
分别为整车和簧载质量的侧向加速度，h
x
为簧载质量重心到侧倾中心的距离，F
yi
(i＝1,2,3,4,5)为一至五桥车轴的侧向力，l
i
(i＝1,2,3,4,5)为一至五桥车轴中心到质心的距离。5.根据权利要求4所述的一种多轴特种车辆侧翻指标优化方法，其特征在于：所述步骤2.2具体为：基于整车质量的侧翻评价指标LTR为：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：程洪杰，杨建福，刘志浩，赵媛，刘秀钰，舒洪斌，黄通，高钦和，
申请(专利权)人：中国人民解放军火箭军工程大学，
类型：发明
国别省市：