半挂式液罐车罐内液体晃动及其对整车侧翻稳定性影响研究现状

半挂式液罐车具有载重大、运输效率高、经济成本低的特点,逐步成为我国液体货物道路运输的主力。车辆运行过程中罐内液体晃动和车辆运动之间的耦合作用大大降低车辆的行驶稳定性,使液罐车易发生横摆、侧翻等问题。文章主要对罐内液体晃动的常见研究方法及液体晃动对侧翻稳定性影响进行总结分析,为研究半挂式液罐车侧翻稳定性提供一定的理论基础。     

半挂液罐车的避障运动仿真分析

为研究半挂液罐车在避障运动时液体晃动对车辆行驶稳定性的影响,采用Galerkin方法建立了罐体的液体晃动方程.根据等效原则,建立了液体晃动的质量-弹簧-阻尼等效模型.结合半挂车的刚体模型,建立了半挂液罐车动力学模型,并进行了双移线避障运动仿真分析.仿真表明:随着充液率的增加,车辆的各项行驶参数先增加再减小,在充液率k=1.0附近时,液体晃动最剧烈,对车辆的行驶稳定性影响最大,在此充液率下,随着车速的增加,液罐车先发生摆振失稳,再发生侧翻事故;而在同等工况下,在充液率k=1.8时,随着车速的增加,车辆将表现为侧翻事故.     

液罐车内防波板在不同充液率下的有限元分析

针对液罐车在紧急制动过程中罐内液体的晃动问题,以半挂液罐车的罐体作为研究对象,采用VOF模型,对车辆运行时紧急制动工况下的罐内液体晃动现象进行流固耦合分析。分析罐体内不同充液率对防波板的冲击情况,得出罐体在制动过程中罐内气液两相分布图和流体最大压力值曲线,进而得出流体压力峰值0.1 s时防波板的变形图,揭示了不同充液率下防波板的防晃效果。     

基于相平面分区的半挂液罐车稳定性控制

为研究半挂液罐车在液体晃动情况下的稳定性控制问题,根据等效原则,建立液体晃动的等效模型,并结合半挂车的刚体模型,建立半挂液罐车非线性动力学模型。选择牵引车横摆角速度作为控制变量,在相平面内判断车辆处于"不足-过度转向"的强弱程度,并结合铰接角判断车辆的运行工况,考虑偏差零态为保持态时,设计了相平面分区九态控制器,通过差动制动实现附加横摆力矩控制车辆的稳定性。仿真结果表明:基于相平面分区控制的方法可以有效抑制液体晃动对车辆的影响,提高半挂液罐车的行驶稳定性,避免侧翻、摆振和折叠事故的发生。     

基于流固耦合的半挂液罐车罐体结构分析

为了研究半挂液罐车罐内液体晃动对罐体的影响,本文利用有限元软件workbench,并采用单向流固耦合方法分析了在不同充装比下罐壁的受力分布。仿真分析得出:当充液比为50%时液体的晃动较为明显,但当充液比为90%时罐体所受应力值较大。     

罐车制动工况液体晃动分析

运用FLUENT软件中的VOF模型分析罐车制动过程中的液体晃动。对罐车制动工况模型进行简化并验证,结果表明简化模型在壁面受力和质心位移变化上与实际制动过程中情形一致,简化模型可行。分析制动工况在有防波板和无防波板结构时液体晃动情形,发现防波板结构能有效地减小容器的纵向力,但不能减小液体晃动过程中质心的纵向位移。同时本文为分析罐车行驶稳定性提取了其壁面受力和质心位移的仿真数据。     

液罐仿真模型的建立与分析

在Fluent软件中建立了圆形液罐的二维仿真模型，分析网格单元尺寸、仿真的时间步长对仿真时间和仿真精度的影响，并利用建立的仿真模型分析防波板对液体晃动的影响。仿真结果表明：网格单元尺寸和仿真时间步长越小，计算精度越高，但计算时间越长；防波板能显著降低液体晃动产生的侧向力和侧倾力矩，并提高液体晃动的固有频率。     

非满载液罐半挂汽车列车侧向耦合动力学模型

为方便液罐半挂汽车列车（Tractor Semi-trailer Tank Vehicle,TSTTV）罐-车整体的优化设计匹配,综合提高整车的侧倾稳定性、侧向动力学稳定性及操纵特性,基于Lagrange方法和椭圆规摆等效机械液体晃动模型建立TSTTV的整车侧向耦合动力学模型,其典型特征是实现罐内液体侧向晃动与车辆横摆运动、侧向运动、悬挂质量的侧倾运动及非线性侧向轮胎力的集成一体化建模,贯通液体晃动动力学与车辆侧向动力学稳定性之间的联系。通过开环正弦停滞转向输入操作响应对所建立的模型进行分析评价,考察车辆横摆角速度、质心侧偏角、侧倾角、侧向载荷转移率及液体晃动角等状态量在2种充液比（F_L=40%,80%）及2种罐体椭圆率（Δ=1.0,1.3）下的响应。研究结果表明：所建立的TSTTV模型可以实现液体侧向晃动作用下的车辆侧向耦合动力学仿真分析,能够反映充液比、罐体截面椭圆率等运输条件和罐体几何参数对整车侧倾稳定性、侧向动力学稳定性及操纵特性的影响;基于该模型可以针对液体介质、充液比及道路环境等运输条件因素的影响,研究以提高整车侧向动力学稳定性为目标的TSTTV灌-车整体的优化设计匹配问题,这对提升液罐车的设计性能、提高行驶的安全性和运输效率具有重要意义。     

液体运输车罐内不同型式防波板防晃效果有限元分析

以液体运输车罐体为研究对象,采用VOF模型,对运行制动工况下的罐内液体晃动现象进行了流固耦合分析。将安装不同型式防波板的罐体与不安装防波板的罐体作对比,得到曲面防波板和直面防波板罐体在制动过程中罐内气液两相分布图和流体最大压力值曲线,进而得出流体压力峰值时刻的罐体变形图,揭示了不同型式防波板的防晃效果。研究结果明:液罐在充装率50%时,不安装防波板的罐体最大变形区域分布较为集中,直面防波板比曲面防波板能更有效地减缓液体晃动,但直面防波板自身变形大于曲面防波板。     

基于车辆动态控制的防侧翻方法分析研究

本文基于49CFR Part 575法规对车辆防侧翻评价指标进行初步探索,并利用CarSim软件建立具有高质心特性的SUV车辆模型,对车身、制动系统、转向系统、轮胎及悬架等子模块进行了定义,完成非线性动力学模型的建立,结合汽车动态控制系统,建立车辆防侧翻控制策略,同时,利用CarSim与Matlab/Simulink进行联合仿真,模拟SUV在极限工况Fishhook环境下的工作情况,验证防侧翻的作用效果,结果表明:防侧翻策略有效的减小了侧向加速度,使得车辆的抗侧翻能力有所增强,汽车的安全性与稳定性得到了有效的保证,为实车试验提供科学依据。     

非满载罐车罐体在追尾碰撞中变形失效研究

为了研究液罐车在碰撞中装载液体对罐体结构变形损伤的叠加作用,以客车与液罐车追尾碰撞为研究对象,运用Hypermesh建立两车追尾碰撞的有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)模型,利用Fluent模拟碰撞后液体晃动过程,在考虑液体晃动冲击的前提下,计算模拟出两车在碰撞过程中的能量变化及罐体结构变形情况,分析了不同冲击载荷和加载工况下的罐体变形失效情况。结果表明,碰撞速度相同时,液体充装率k值越大,罐体的变形量越大,罐体破裂的临界碰撞速度与液体充装率k值呈正相关。液体晃动冲击对罐体变形失效的影响不太显著,液体晃动对罐体的冲击损伤远小于外部车辆带来的碰撞损伤。通过分析液体泄漏情况可知,充装率k值对液体泄漏速率有显著影响。     

某混凝土搅拌车差动制动防侧翻控制仿真分析

针对混凝土搅拌运输车侧翻事故多发的现象,该文介绍了差动制动的防侧翻原理,基于ADAMS/Car建立了搅拌车的整车动力学模型,设计了针对搅拌车的差动制动防侧翻控制系统,并结合ADAMS/Car和Simulink建立了联合仿真试验模型,仿真试验结果表明,通过虚拟试验仿真可以合理的选择侧翻门限值,设计的差动制动防侧翻系统可以有效防止高速转向引起的车辆侧翻。     

基于主动转向技术的汽车防侧翻控制的研究

以汽车2自由度模型作为参考模型，建立了一种汽车防侧翻的控制方法。该方法采用主动转向技术来改变转向轮的转向角度，有效地减少了汽车的侧向加速度，提高了汽车的防侧翻的能力。在8自山度汽车动力学模型的基础上，运用主动转向技术的控制策略进行了汽车的性能仿真分析。与末采用汽车防侧翻控制系统的汽车动力学分析结果相比，汽车的主动安全性得到了增强。     

基于零力矩点位置和模糊控制的商用车防侧翻控制

为了防止车辆发生侧翻,引入零力矩点的位置作为车辆侧翻的指标。根据某一时刻车辆的状态,预测下一段时间内零力矩点的y坐标,来计算该时刻的侧翻时间。一旦某时刻的侧翻时间小于设定的门限值,则激活车辆防侧翻控制策略,对车辆进行控制,防止车辆发生侧翻。本文中采用基于模糊控制的PID控制策略,对不同的车轮施加不同制动力矩,防止车辆发生侧翻。通过Truck Sim和Matlab/Simulink联合仿真,对算法进行验证,对采取模糊控制差动制动策略、传统的PID策略和无侧翻控制策略的车辆,分别进行阶跃试验和鱼钩试验,测取采取不同控制策略车辆的实时侧倾角。对比结果表明,采用模糊差动制动控制策略的车辆,防侧翻性能最好。     

基于气压制动的重型车防侧翻控制策略研究

为提高重型车的侧翻稳定性,建立了包含串联双腔制动阀、继动阀、ABS调节阀及制动气室的真实气压制动系统模型,分析气压制动的动力学特性,考虑制动与侧翻运动耦合,建立包含侧向运动、横摆运动、簧载质量和非簧载质量侧倾运动的重型车非线性动力学模型,提出重型车防侧翻的优化模型预测控制策略,计算侧倾角和横摆角速度误差及目标函数,得到最优气压制动踏板位移控制序列,实现了差动制动防侧翻控制。选取典型侧翻工况进行了实例分析,结果表明,提出的控制策略可弥补气压制动响应延迟的影响,提高重型车的防侧翻能力。     

基于模糊差动制动的运动型多功能汽车防侧翻控制

为了提高SUV高速紧急操纵下防侧翻性能,提出了基于模糊差动制动控制的防侧翻控制策略.研究中考虑轮胎非线性因素的影响,建立了4自由度非线性汽车侧翻模型,并通过横向载荷转移率负反馈设计了参数自整定的模糊PID控制器,以驱动电控机械制动系统(EMB)产生抗横摆力矩防止汽车侧翻.典型工况下的算例分析结果表明,该控制策略能充分发挥EMB响应快的特性,防止SUV高速紧急操纵下侧翻.     

基于ADAMS的某液罐车行驶安全性分析

液罐车运输液态货物具有方便、快捷、安全等优势,目前已被越来越多的企业所使用,当其所装运的液体为危化品时,车辆的安全性就显得尤为突出。以多轴液罐车为研究对象,应用机械系统动力学仿真分析软件MSC.Adams建立液罐车的多体系统动力学模型,在车辆的XYZ三方向施加激励,即从紧急制动、蛇形试验、越野道路行驶安全性进行分析。分析结果显示该车制动性能良好,符合法规要求,在越野道路行驶时,需对液罐车在垂向方向和侧向方向进行隔振和加固,在蛇形试验中液体的侧向冲击对操纵稳定性影响很大。分析的结果可用于行驶安全教育,并可对液罐结构强度校核提供计算依据。     

保温式液罐车介质温度计算及在EXCEL中的应用

根据罐式车的结构原理、工作特点及使用要求,介绍了具有保温层液体运输罐式车的结构及罐内充装介质的特性,利用传热学原理以及能量守恒定律,通过分析计算,研究了液罐车在外界环境中对罐内运输介质温度变化的影响,并将该计算方法应用于实际液体罐式车的方案设计中,对其准确性进行了验证。并将该计算方法进行推导优化应用于EXCEL表格中,为实际工作提供了快捷方便的使用工具。     

基于主动横向稳定杆的汽车防侧翻控制

为了提高汽车转向时的侧向稳定性,建立了汽车三自由度侧翻模型,提出了主动横向稳定杆直接防侧翻力矩控制的汽车侧向稳定性控制方案。采用LQR最优控制算法,以侧向加速度、质心侧偏角和横向载荷转移率为综合控制对象,以主动横向稳定杆为执行机构,建立防侧翻控制系统,在Matlab/Simulink环境中对汽车进行阶跃转向侧翻仿真实验。仿真结果表明,基于主动横向稳定杆LQR控制系统能够及时在横向稳定杆上产生抗侧翻力矩,提高汽车的转向侧翻控制能力,减少侧翻事故的发生。     

罐式集装箱碟形防波板设计探讨

罐式集装箱大部分用于承运液态介质，运输过程中受外在因素影响时，罐内液态货物由于惯性的作用会产生剧烈晃动，防波板结构能减缓液体介质运输过程中液涌对罐体的破坏性冲撞，确保罐箱的纵向稳定性，因此，防波板作为重要的安全部件，其结构设计显得尤为重要。据此，分析了相关行业法规对罐箱防波板的要求，介绍了防波板的分类，并结合工程实际探讨了常用碟形防波板的结构设计。