半掛汽車列車轉彎制動試驗方法研究*

李 臣，李興虎，張紅衛，周 煒

(1.北京航空航天大學交通科學與工程學院，北京 100191； 2.交通運輸部公路科學研究院運輸車輛運行安全技術交通行業重點實驗室，北京 100088)

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2015135

半掛汽車列車轉彎制動試驗方法研究*

李 臣，李興虎，張紅衛，周 煒

(1.北京航空航天大學交通科學與工程學院，北京 100191； 2.交通運輸部公路科學研究院運輸車輛運行安全技術交通行業重點實驗室，北京 100088)

轉彎制動性能對半掛汽車列車的制動安全有重大影響，針對我國目前半掛汽車列車轉彎制動試驗標準缺失，傳統的單車試驗設備不適用于半掛汽車列車等問題，本文中從試驗系統搭建、系統安裝方式和試驗方法與評價等方面對半掛汽車列車轉彎制動試驗進行了探索性研究。結果表明：半掛汽車列車轉彎制動過程中側向加速度、制動減速度、橫擺角速度和牽引車的俯仰角隨車速的升高而增加。建議半掛汽車列車轉彎制動試驗中車速不超過30km/h，轉彎半徑不小于25m。

半掛汽車列車；轉彎制動；試驗系統；試驗方法

前言

半掛汽車列車的制動系統由牽引車制動系統和半掛車制動系統兩部分組成，二者各自獨立，又相互協調[1]。半掛汽車列車轉彎制動性能是列車在彎道減速行駛時保持預定路線行駛的能力，常用方向穩定性來評價[2]。半掛汽車列車在轉彎制動時，在離心力作用下會造成同軸左右車輪載荷差值加大，為防止車輪抱死，制動效能比直線制動時降低，且方向穩定性變差，容易出現折疊、蛇形和擺振現象，甚至會發生側翻。因此，對半掛汽車列車進行轉彎制動性能試驗評價具有現實意義。

在半掛汽車列車轉彎制動性能研究方面，國內外學者多采用理論計算和模擬仿真等方法研究半掛汽車列車制動力分配、優化設計和改進控制算法提高轉彎制動穩定性等[3-8]。在半掛汽車列車轉彎制動性能道路試驗研究方面，國際標準化組織制定的ISO 14794:2003《重型商用車和客車—轉彎制動—開環試驗方法》[9]對半掛汽車列車轉彎制動試驗方法提供了一定的參考。我國標準GB 7258—2012《機動車運行安全技術條件》[10]只規定了半掛汽車列車在直線制動時的要求，評價指標為制動距離和充分發出的平均減速度，沒有對轉彎制動性能進行評價，目前我國也尚未發布重型商用汽車彎道制動性能試驗方法的技術標準。

由于半掛汽車列車結構的特殊性，傳統的試驗設備只適用于單體車，而不適用于半掛汽車列車。本文對半掛汽車列車轉彎制動性能道路試驗從系統搭建、試驗方法和評價指標等方面進行探索性研究。

1 半掛汽車列車轉彎制動

由于半掛汽車列車轉彎制動實車道路試驗存在危險性，轉彎半徑過小或制動初始速度過大都有可能造成折疊甚至翻車。因此，在進行實車道路之前，本文中建立了半掛汽車列車轉彎制動的數學模型并進行了多次仿真，以確定實車試驗時的安全車速和轉彎半徑。

半掛汽車列車轉彎制動時的受力如圖1所示。

根據半掛汽車列車受力和動力學相關理論，推導出牽引車運動微分方程如式(1)所示，半掛車運動微分方程如式(2)所示，各車輪的運動微分方程如式(3)所示。

(1)

(2)

(3)

2 半掛汽車列車轉彎制動試驗

2.1 試驗系統搭建

半掛汽車列車轉彎制動試驗系統由牽引車檢測裝置、半掛車檢測裝置、計算機和供電設備等部分組成。牽引車檢測裝置包括雙天線GPS測量儀RLVB20SL(以下簡稱為VBOX2)、三軸角速度與加速度陀螺儀IMU02、汽車轉向盤角測量儀HCZ-1、模擬信號采集器RLVBADC03。半掛車檢測裝置主要包括三天線GPS測量儀RLVB20SL3(以下簡稱VBOX3)、三軸角速度與加速度陀螺儀IMU02[11-13]。牽引車和半掛車檢測系統組成與連接如圖2所示。

2.2 檢測系統在半掛汽車列車上的安裝

將牽引車和半掛車的檢測裝置分別布置在牽引車和半掛車上，二者分別單獨供電。半掛車檢測裝置固定在半掛車貨廂頂部，距離駕駛室較遠，難以實現與計算機的直接連接，在實際試驗時采用SD卡采集半掛車的相關數據。檢測系統在牽引車和半掛車上的安裝情況如圖3和圖4所示，各測試裝置的安裝位置如圖5所示。

2.3 試驗車輛

試驗用半掛汽車列車由一汽解放某6×4型牽引車和揚州中集通華三軸廂式半掛車組成，列車轉彎制動實車道路試驗在定遠汽車試驗場性能廣場進行，試驗車輛如圖6所示。

試驗車輛基本參數如表1所示，表中牽引車前軸到第1根后軸的距離為3.2m，牽引車兩后軸之間的距離為1.35m；半掛車牽引銷到第1根軸的距離為8.03m，3根并裝軸的軸間距離為1.31m。

表1 半掛汽車列車基本參數

2.4 試驗方法

試驗在平整的水泥路面上進行，試驗前測量路面任意方向坡度不大于2.5%，試驗時風速為2.3m/s，溫度為30°，濕度為60%，氣壓為10.01kPa。

車輛滿載，技術狀況達到生產商的技術要求。試驗前，對半掛汽車列車預熱行駛。

試驗時，半掛汽車列車以30km/h的車速沿半徑為25m的圓周進行左右各3次轉彎制動，試驗過程中采集半掛汽車列車的轉彎半徑、縱向速度、縱向加速度、側向加速度、橫擺角速度和俯仰角等參數。

3 實車試驗結果分析

試驗中，半掛汽車列車轉彎半徑隨時間的變化曲線如圖7所示。

由圖7可以看出：半掛汽車列車在轉彎過程中，轉彎半徑基本穩定在25m，轉彎開始和制動結束后由于轉向輪轉角較小，實際曲線中半徑也較大。上述轉彎半徑曲線可與圖8中半掛汽車列車轉彎軌跡曲線相互印證。

半掛汽車列車轉彎制動過程中，縱向速度隨時間的變化曲線如圖9所示。

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

半掛汽車列車縱向加速度隨時間的變化曲線如圖10所示。

由圖10可以看出：制動前，牽引車和半掛車的縱向加速度在0附近波動且二者數值基本一致；踩下制動踏板后，縱向加速度迅速增大，到24.9s時達到峰值，牽引車制動加速度為-0.51g，半掛車制動加速度為-0.49g。

半掛汽車列車側向加速度隨時間的變化曲線如圖11所示。

由圖11可以看出：隨著車速的逐漸增大，側向加速度也逐漸增大，在23s時側向加速度達到最大值，牽引車為0.32g，半掛車為0.28g，整個轉彎過程中半掛車的側向加速度略低于牽引車，但二者具有較好的跟隨性；制動后，半掛車的側向加速度迅速下降，到26s時達到最低點-0.08g后逐漸趨向于0，牽引車也迅速下降，到25s時出現小的波動后繼續下降后趨于0，波動是由牽引車在制動時產生了輕微的側滑引起。

半掛汽車列車橫擺角速度隨時間的變化曲線如圖12所示。

由圖12可以看出：牽引車在整個轉彎制動過程中橫擺角速度波動比半掛車大，但二者總體上是一致的；牽引車橫擺角速度的最大絕對值為0.46rad/s，時間發生在23s，也即制動踏板踩下的時刻，之后迅速減小，在26s時出現反方向的小峰值0.03rad/s后趨于0。

半掛汽車列車俯仰角隨時間的變化曲線如圖13所示。

由圖13可以看出：在轉彎制動過程中，牽引車的俯仰角隨時間變化較大，最大絕對值達到0.11rad，制動后迅速減小為0后又產生了小的波動，原因是牽引車質量相對半掛車小，轉彎制動過程中受半掛車影響較大；半掛車在整個轉彎制動過程中俯仰角變化較小，原因是半掛車的質量較大。

4 結論

(1) 利用所搭建的試驗系統可以方便地進行半掛汽車列車轉彎制動試驗中參數的測量。

(2) 半掛汽車列車在轉彎制動過程中側向加速度、制動減速度、橫擺角速度和牽引車的俯仰角隨速度的升高而增加，實車試驗速度建議不超過30km/h，半掛汽車列車轉彎半徑不小于25m，以免試驗過程發生危險。

[1] 郭正康.現代汽車列車設計與使用[M].北京:北京理工大學出版社,2006.

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[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

*交通運輸部重大科技專項(2011318223450)資助。

原稿收到日期為2013年11月1日。