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D0I:10.13374/j.issnl001-03.2007.11.00 第29卷第11期 北京科技大学学报 Vol.29 No.11 2007年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Now.2007 铰接式自卸车操纵稳定性 刘晋霞张文明张国芬 北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 摘要运用多刚体动力学罗伯森一维登堡法，建立了六自由度铰接式自卸车操纵稳定性模型.用MATLAB计算出 XAD250型铰接式自卸车满载与空载时的横摆角速度增益曲线，得出空载时具有较大的不足转向特性.使用该模型进一步计 算了轮胎侧偏刚度、后节质心布置以及悬架系统参数等，以便研究它们对铰接式自卸车操纵稳定性的影响· 关键词铰接式自卸车；多刚体动力学：操纵稳定性：稳定性设计 分类号U462.3 铰接车辆采用全轮驱动，具有牵引力大、转向半 质量部分为第2个刚体，记为B2:前簧载质量部分 径小、越野能力强等优点，铰接式自卸车即为铰接 为第3个刚体，记为B3:前轴质量部分为第4个刚 车辆的一种具体车型，主要用于水电工程、矿山开 体，记为B4;地面为已知运动刚体，记为Bo·各刚体 采、公路与铁路建设等运输工作，其前、后两个车架 B:的质心记为C:,质量记为mi,且记m= 之间由垂直铰销和摆动环联接：前、后轮胎平面与各 sum(m),i=1,2,3,4. 自所属车架的纵向方向平行，相对车架转动受悬架 系统限制：通过控制固定在前、后车架两侧的两转向 油缸伸缩，使前、后车架在铰接点处形成一定折角来 实现转向；在不平道路或转弯行驶时，前、后车架绕 摆动环可相对转动山 铰接车辆的操纵动态特性，不仅与转向系统有 关，而且与其轮胎、轴距、质心布置等整车结构有 关[]，本文采用罗伯森维登堡多刚体动力学方 法建立六自由度铰接式自卸车操纵稳定性模型，对 图1铰接式自卸车多刚体系统模型 铰接式自卸车空载与满载时的操纵稳定性进行了分 Fig.I Multi-body system model of an articulated dump truck 析，并讨论了一些结构参数对满载时操纵稳定性的 影响，为铰接式自卸车的设计提供理论指导， B2 B 1 模型的建立 d 1.1模型假设 B H H B 铰接式自卸车（简称ADT)在平坦路面，以匀速 C. ”作直线或大半径转向运动，不考虑外界风力对其 运动的影响；侧向加速度不超过0.4g,轮胎侧偏特 性处于线性范围，且不考虑轮胎宽度的影响；以前、 后车节夹角变化作为输入，并以车辆向左转为研究 图2带有通路矢量的铰接式自卸车多刚体系统模型结构图 行驶状态，根据罗伯森一维登堡多刚体动力学原 Fig.2 Multi-body system structural model with path vector of an 理[)，将车辆看作由四个刚体组成，参见图1和 articulated dump truck 图2，后轴质量部分为第1个刚体，记为B1;后簧载 建立(Ho,e)为固结于地面总坐标系：局部坐 收稿日期：2006-07-15修回日期：2007-01-20 标系(H1,e)、(H2,e2)、(H3,e3)、(H4,e)分别为 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。.50475173) 固结于B1、B2、B3和B4,原点分别位于C1、后簧载 作者简介：刘晋霞(1976一)，女，博士研究生：张文明(1955-)，男， 质量质心垂线与侧倾轴线交点、与侧倾轴线处于同 教授，博士生导师铰接式自卸车操纵稳定性 刘晋霞 张文明 张国芬 北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 摘 要 运用多刚体动力学罗伯森－维登堡法建立了六自由度铰接式自卸车操纵稳定性模型．用 MAT LAB 计算出 XAD250型铰接式自卸车满载与空载时的横摆角速度增益曲线得出空载时具有较大的不足转向特性．使用该模型进一步计 算了轮胎侧偏刚度、后节质心布置以及悬架系统参数等以便研究它们对铰接式自卸车操纵稳定性的影响． 关键词 铰接式自卸车；多刚体动力学；操纵稳定性；稳定性设计 分类号 U462∙3 收稿日期：2006-07-15 修回日期：2007-01-20 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．50475173） 作者简介：刘晋霞（1976－）女博士研究生；张文明（1955－）男 教授博士生导师 铰接车辆采用全轮驱动具有牵引力大、转向半 径小、越野能力强等优点．铰接式自卸车即为铰接 车辆的一种具体车型主要用于水电工程、矿山开 采、公路与铁路建设等运输工作．其前、后两个车架 之间由垂直铰销和摆动环联接；前、后轮胎平面与各 自所属车架的纵向方向平行相对车架转动受悬架 系统限制；通过控制固定在前、后车架两侧的两转向 油缸伸缩使前、后车架在铰接点处形成一定折角来 实现转向；在不平道路或转弯行驶时前、后车架绕 摆动环可相对转动［1］． 铰接车辆的操纵动态特性不仅与转向系统有 关而且与其轮胎、轴距、质心布置等整车结构有 关［2－5］．本文采用罗伯森－维登堡多刚体动力学方 法建立六自由度铰接式自卸车操纵稳定性模型对 铰接式自卸车空载与满载时的操纵稳定性进行了分 析并讨论了一些结构参数对满载时操纵稳定性的 影响为铰接式自卸车的设计提供理论指导． 1 模型的建立 1∙1 模型假设 铰接式自卸车（简称 ADT）在平坦路面以匀速 v 作直线或大半径转向运动不考虑外界风力对其 运动的影响；侧向加速度不超过0∙4g轮胎侧偏特 性处于线性范围且不考虑轮胎宽度的影响；以前、 后车节夹角变化作为输入并以车辆向左转为研究 行驶状态．根据罗伯森－维登堡多刚体动力学原 理［6－9］将车辆看作由四个刚体组成参见图1和 图2．后轴质量部分为第1个刚体记为 B1；后簧载 质量部分为第2个刚体记为 B2；前簧载质量部分 为第3个刚体记为 B3；前轴质量部分为第4个刚 体记为 B4；地面为已知运动刚体记为 B0．各刚体 Bi 的 质 心 记 为 Ci质 量 记 为 mi且 记 m ＝ sum（ mi）i＝1234． 图1 铰接式自卸车多刚体系统模型 Fig．1 Mult-i body system model of an articulated dump truck 图2 带有通路矢量的铰接式自卸车多刚体系统模型结构图 Fig．2 Mult-i body system structural model with path vector of an articulated dump truck 建立（ H0e 0）为固结于地面总坐标系；局部坐 标系（ H1e 1）、（ H2e 2）、（ H3e 3）、（ H4e 4））分别为 固结于 B1、B2、B3 和 B4原点分别位于 C1、后簧载 质量质心垂线与侧倾轴线交点、与侧倾轴线处于同 第29卷 第11期 2007年 11月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．11 Nov．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．11．002