非转向双挂车轴半挂汽车的转弯过程分析

赵云鹤

(北安农垦交通局)

1 汽车列车的转弯过程

由牵引车带单挂车轴半挂车组成的汽车在转弯行驶时所有车轴都能绕同一瞬时转向中心转动，各轮胎处于纯滚动转动。具有非转向双挂车轴半轴半挂车与牵引车组成的汽车列车在直线行驶时，其运动状况与一般的单挂车轴半挂列车并无什么不同。而在转弯过程中，由于半挂车所有车轮绕同一转动中心转动的运动学规律，即轴转向受到了破坏，而在双轴车轮上产生了侧向反作用力，这种侧向反作用力到一定数值时将引起半挂车车轮的侧向滑转，从而加剧了轮胎磨损。本文在下面的讨论过程中，假定列车以低速转弯，忽略由于离心力所引起的侧滑和非几何约束以往造成的轮胎变形引起的侧向滑转。

2 挂车轴采用串联式平衡悬挂结构的汽车列车的转弯过程分析

目前，国内外在半挂列车中普遍采用的非转向双挂车轴的典型结构为串联式钢板弹簧悬挂结构。图1为该型“非转向列车”转弯过程中某一瞬间的运动状况简图。

图1 非转向列车的运动状况简图

根据前面假定可知，牵引车车轮均处于纯滚动状态，过牵引车各轮中心做该点速度方向的垂线，所做垂线的交点Ot即是牵引车的瞬间时转向中心。此时，转向轮内外轮转角由转向梯形保证其相互关系。当方向盘向一个方向打死即a最大时，前外轮中心到Ot间距离就是牵引车的最小转变半径。

根据设计要求，该车型主要用于干线上集装箱疏远，经常使用的路面以二级公路为主。我们以城镇附近缘石半径10m为参考，取牵引车前轮轮转弯半径Rx=14m。一般轮胎侧偏角不超过3°～4°时可认为侧偏力与侧偏角呈线性关系。当侧偏角达到10℃左右时，侧偏力达到最大值，轮胎与地面开始出现滑移趋向，根据上述结果判断，该半挂列车在上述使用条件下不会因轮胎侧滑造成磨损。

3 半挂汽车列车弯道行驶仿真分析

3.1 半挂汽车列车侧翻试验

汽车侧翻是指汽车在行驶过程中绕其纵轴线转动90°角或更大角度，以至车身与地面相接触的一种及其危险的侧向运动。侧翻是半挂汽车列车易发生的一种危险工况，对于高速行驶车辆，最后轴车轮离地通常被认为是车辆侧翻前的第一征兆。本实验仿真工况:根据国家标准 JT/T426-2000，使半挂汽车以60m/s的速度做直线运动，在第1s对转向盘进行正玄输入。

在转向盘正玄输入后，牵引车与半挂车的横角速度也按正玄形式变化，而半挂车横摆角速度滞后牵引车0.5s;转向盘正弦后，牵引车与半挂车的侧向加速度按近似正弦的情况变化，且半挂车的侧向加速度滞后于牵引车;转向盘正弦输入后，半挂汽车列车右侧车轮的垂直载荷随着转向盘转角的变化先增加后减少，在此过程中，半挂车右后轮的变化尤为明显，半挂车后轮垂直载荷迅速增加到53kN，然后迅速减小到零，此时半挂车右后轮离地，进入临界侧翻状态。

3.2 半挂汽车列车甩尾试验

牵引车与半挂车的侧向加速度趋近于稳定值;在汽车突然转向的初始阶段，牵引车与半挂车的横摆角速度以几乎相同的速度增大，牵引车横摆角速度略大于半挂车，随着时间的增加，半挂车的横摆角速度增速不变，而牵引车的横摆角速度则快速减小，初步分析可以得知这是由于半挂车的甩尾现象造成的，随着时间的增加，牵引车的横摆角速度有增大的趋势;在转向的初始时刻，牵引车与半挂车的折叠角增加，在2.5s左右，情况发生变化，牵引车与半挂车间的夹角变为负值，且已接近线性的速度增加，由此可知，牵引车与半挂汽车横摆角速度的差异。

4 结论

(1)由于半挂汽车转弯列车转弯时主、挂车之间产生折叠角，从而使挂车车轴半轮的转弯半径大大小于主车车轮的转弯半径。而非转向双挂车轴车轮的侧偏角大小主要取决于该车辆的转弯半径，这就使得在单车上轮胎偏磨现象已经比较严重的摆臂式平衡悬挂结构在半挂车上很少采用。

(2)从轮胎偏磨考虑，设计非转向挂车轴时优先采用串联式平衡悬挂结构，只有对轴距L1可以较小时才考虑采用摆臂式平衡悬挂结构。

(3)合理确定半挂车结构参数L1、L2、W，可保证半挂车在正常转弯行驶时双轴轮胎在路面上不做横向滑移。

[1] 左建令，陈慧，余卓平.车辆转向轻便性人-车-路闭环系统计算机仿真研究[J].汽车技术，2006，(4).

[2] 王军.重型汽车转向系统的结构分析与设计方法研究[D].武汉理工大学，2006.

[3] 黄朝胜.重型载货汽车底盘性能设计参数控制研究[D].吉林大学，2005.