摘要：铰接转向工程车辆行驶路面复杂，工作环境恶劣，并且转弯时车辆重心会发生横向偏移，导致翻车事故发生几率较高。本论文结合国家自然科学基金项目“非公路车辆防翻车主动安全技术探讨”（NO.51175216）和高等学校博士学科点专项科研基金项目“工程车辆主动防倾翻系统设计论述与制约技术”（NO.20100061110014），对铰接转向工程车辆的侧倾稳定性进行系统探讨，以轮式装载机为探讨对象，提出了适用于铰接转向工程车辆的侧倾稳定性指标，并建立了7自由度非线性侧倾动力学模型，利用物理样机试验和虚拟样机仿真对所建立的动力学模型进行了验证，提出了改善铰接转向工程车辆的侧倾稳定性的措施。在综述国内外铰接转向工程车辆侧倾稳定性探讨成果的基础上，结合铰接转向工程车辆的特性以及侧倾失稳理由，浅析了铰接转向角、侧向加速度以及侧倾角等因素对现有指标的影响，讨论了现有各稳定性评价指标在铰接转向工程车辆上运用的不足，提出了适用于铰接转向工程车辆的侧倾稳定性指标。基于拉格朗日方程及虚功原理，建立了轮式装载机的7自由度非线性侧倾动力学模型，该模型全面考虑了车辆横摆、侧倾、俯仰等3个转动自由度以及纵向、横向、垂向3个平动自由度和后桥摆动自由度。模型以车辆的结构参数、铰接转向角、坡度角以及车速等作为输入，以车辆的动力学和运动学特性如侧倾角、侧倾角速度、侧向加速度、横向载荷转移率等作为输出。采取后向差分法对所建立的模型进行了数值求解。为验证所建立的动力学模型的可靠性，设计并制造了某型号铰接转向装载机的物理样机模型，进行了平面转弯，斜坡转弯以及越障等工况的试验；建立了铰接转向装载机虚拟样机模型，进行了对应工况下的虚拟样机仿真。通过比较侧倾动力学模型仿真结果、试验结果以及虚拟样机仿真结果，发现三者吻合程度较高，以而验证了所建立的动力学模型的正确性。利用7自由度非线性侧倾动力学模型，对某轮式装载机的侧倾稳定性进行了详尽的浅析。所浅析的参数中包括转弯速度、转弯半径、铰接转向角速度、坡度角、前桥到铰接轴线的距离、后桥到铰接轴线的距离、轮距以及摆动桥等。结果显示，摆动桥的有着对车辆在水平路面上的侧倾稳定性影响不大但对其在坡路上的侧倾稳定性影响非常大。浅析结果对改善车辆的侧倾稳定性设计有一定的参考价值。根据铰接转向工程车辆侧倾稳定性浅析结果，提出了基于摆动桥的改善案例。该案例中在现有的被动式摆动桥基础上增加检测组件、制约组件以及液压组件，使其成为主动式摆动桥；当车辆在水平路面上行驶时，该主动式摆动桥所实现的功能与被动式摆动桥基本一致，不会影响到车辆的越障性能；当车辆在坡路行驶时，该主动式摆动桥将会限制后桥的摆动以增强其侧倾稳定性。对改善后的车辆进行了仿真浅析，结果显示该案例可以提升铰接转向工程车辆的侧倾稳定性。本论文建立了全面浅析铰接转向工程车辆特性的侧倾动力学模型，提出了适用于铰接转向工程车辆的侧倾稳定性指标，并将被动式摆动桥改善为主动式摆动桥以提升车辆侧倾稳定性。论文的探讨工作为铰接转向工程车辆的安全性设计及主动防倾翻安全技术的开发提供了依据，对于提升铰接转向工程车辆作业的安全性和保护司机的生命安全具有重要作用。关键词：铰接转向工程车辆论文侧倾稳定性论文动力学论文虚拟样机论文摆动桥论文
摘要5-7
ABSTRACT7-13
第1章 绪论13-27
1.1 探讨背景及作用13-14
1.2 铰接转向工程车辆侧倾稳定性探讨国内外近况14-24
1.2.1 铰接转向工程车辆稳定性模型15-16
1.2.2 铰接转向工程车辆侧倾稳定性指标16-22
1.2.3 铰接转向工程车辆侧倾稳定性改善措施22-23
1.2.4 现存不足23-24
1.3 论文的主要内容及工作24-27
第2章 铰接转向工程车辆侧倾稳定性指标27-41
2.1 铰接转向工程车辆特性27-29
2.2 铰接转向工程车辆侧倾机理29-31
2.3 铰接转向角对侧倾稳定性指标的影响31-36
2.4 侧向加速度对侧倾稳定性指标的影响36
2.5 侧倾角对侧倾稳定性指标的影响36-37
2.6 铰接转向工程车辆侧倾稳定性指标37-40
2.7小结40-41
第3章 铰接转向工程车辆侧倾动力学模型41-61
3.1 坐标变换基础42-43
3.2 侧倾动力学模型建立43-55
3.2.1 坐标系定义43-46
3.2.2 拉格朗日方程46-47
3.2.3 广义力47-53
3.2.4 轮胎模型53-55
3.3 侧倾动力学模型求解55-59
3.4 小结59-61
第4章 侧倾动力学模型验证61-77
4.1 侧倾动力学模型试验验证61-66
4.1.1 系统组成62-65
4.1.2 试验工况65-66
4.2 侧倾动力学模型虚拟样机验证66-69
4.3 结果比较69-74
4.4 小结74-77
第5章 铰接转向工程车辆侧倾稳定性浅析77-111
5.1 运动参数对侧倾稳定性的影响77-96
5.1.1 转弯速度对侧倾稳定性的影响78-82
5.1.2 铰接转向角对侧倾稳定性的影响82-88
5.1.3 铰接转向角速度对侧倾稳定性的影响88-91
5.1.4 坡度角对侧倾稳定性的影响91-96
5.2 结构参数对侧倾稳定性的影响96-106
5.2.1 前桥到铰接轴距离对侧倾稳定性的影响96-99
5.2.2 后桥到铰接轴距离对侧倾稳定性的影响99-102
5.2.3 轮距对侧倾稳定性的影响102-106
5.3 摆动桥对侧倾稳定性的影响106-109
5.4 小结109-111
第6章 铰接转向工程车辆侧倾稳定性改善111-115
6.1 铰接转向工程车辆改善案例111-113
6.2 侧倾动力学模型修正113
6.3 改善后侧倾稳定性浅析113-114
6.4 小结114-115
第7章 总结115-119
7.1 主要工作和成果115-116
7.2 本论文的革新点116
7.3 探讨展望116-119
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