铰接式车辆的横向动力学仿真提供车辆模型研究附Matlab代码

作者简介：热爱科研的Matlab仿真开发者，擅长数据处理、建模仿真、程序设计、完整代码获取、论文复现及科研仿真。

🍎 往期回顾关注个人主页：Matlab科研工作室

🍊个人信条：格物致知,完整Matlab代码及仿真咨询内容私信。

🔥 内容介绍

本论文聚焦铰接式车辆的横向动力学特性，开展车辆模型研究与横向动力学仿真分析。针对铰接式车辆独特的铰接结构，综合考虑轮胎力学特性、悬架系统、铰接连接部件等因素，建立精确的横向动力学模型。运用多体动力学仿真软件，对不同工况下铰接式车辆的横向动力学行为进行仿真，获取车辆的横摆角速度、侧向加速度、铰接角等关键参数。通过与实际测试数据对比，验证模型的准确性与有效性。研究成果为铰接式车辆的操纵稳定性设计、主动安全控制系统开发以及驾驶性能优化提供理论依据与技术支持。

关键词

铰接式车辆；横向动力学；车辆模型；多体动力学仿真；操纵稳定性

一、引言

铰接式车辆凭借其独特的铰接结构，具有转向半径小、通过性好等优势，在工程车辆、城市公交、特种运输车辆等领域得到广泛应用 。然而，铰接结构也使得车辆的动力学特性更为复杂，尤其是横向动力学性能对车辆的行驶稳定性和安全性影响显著 。在行驶过程中，铰接式车辆易受路面不平、侧向风、转向操作等因素干扰，可能出现侧滑、折叠等危险工况，严重威胁车辆及人员安全 。因此，深入研究铰接式车辆的横向动力学特性，建立准确可靠的车辆模型并进行仿真分析，对于提高铰接式车辆的设计水平、保障其安全稳定运行具有重要意义。

目前，国内外学者针对铰接式车辆动力学开展了诸多研究。部分研究主要关注铰接式车辆的运动学分析，对动力学特性研究相对不足 ；一些动力学研究虽建立了车辆模型，但未充分考虑铰接结构的复杂性以及各部件之间的耦合关系 。因此，有必要进一步完善铰接式车辆的横向动力学模型，开展更深入的仿真研究，以揭示铰接式车辆横向动力学特性的内在机理。

二、铰接式车辆横向动力学模型建立

2.1 车辆结构分析

铰接式车辆主要由前车（牵引车）、后车（挂车）以及铰接连接部件组成 。前车配备转向系统、驱动系统和前悬架系统，后车通过铰接装置与前车相连。铰接连接部件允许前后车之间产生相对转动和位移，其力学特性（如铰接刚度、铰接阻尼）对车辆横向动力学性能有着重要影响 。此外，轮胎作为车辆与地面的唯一接触部件，其力学特性（如侧偏特性、纵向力 - 侧向力耦合关系）也是影响车辆横向动力学的关键因素 。

2.2 模型假设与简化

为便于模型建立，做出以下假设与简化：

1. 忽略车辆的垂向振动对横向动力学的影响，将车辆视为平面运动系统。

1. 假设轮胎与地面的接触为刚性接触，不考虑轮胎的弹性变形对车辆运动的影响。

1. 认为铰接连接部件的力学特性在一定范围内保持线性。

2.3 动力学方程建立

2.4 轮胎力学模型

三、铰接式车辆横向动力学仿真

3.1 仿真软件选择

选用多体动力学仿真软件 ADAMS 建立铰接式车辆的横向动力学仿真模型 。ADAMS 具有强大的建模和仿真功能，能够方便地定义车辆各部件的几何形状、材料属性、约束关系以及力元等，并且可以通过编写控制脚本实现不同工况下的仿真分析 。

3.2 模型参数设置

根据实际铰接式车辆的结构参数和性能参数，在 ADAMS 中设置模型参数，包括车辆质量、转动惯量、轮胎参数、悬架参数、铰接连接部件参数等 。部分参数通过车辆设计图纸获取，对于难以直接测量的参数（如铰接刚度、阻尼），可通过试验或参考类似车辆的参数进行设置 。

3.3 仿真工况设计

设计以下典型仿真工况：

1. 蛇形行驶工况：模拟车辆在道路上进行连续转向操作，研究车辆在频繁转向时的横向动力学响应，如横摆角速度、侧向加速度的变化规律 。

1. 单移线工况：模拟车辆在避让障碍物或变换车道时的行驶过程，分析车辆的操纵稳定性和快速响应能力 。

1. 侧向风干扰工况：在车辆行驶过程中施加侧向风载荷，研究侧向风对车辆横向动力学性能的影响，以及车辆的抗侧风能力 。

3.4 仿真结果分析

在不同仿真工况下运行模型，获取车辆的横摆角速度、侧向加速度、铰接角等关键参数的变化曲线 。分析结果表明，在蛇形行驶工况下，车辆的横摆角速度和侧向加速度随转向输入呈现周期性变化，铰接角也相应发生改变；在单移线工况中，车辆能够快速响应转向操作，但如果车速过高或转向过度，可能出现侧滑风险；在侧向风干扰工况下，侧向风会使车辆产生侧向偏移和横摆运动，铰接式车辆的铰接结构对风载荷的敏感性较高 。

四、结论

本论文建立了铰接式车辆的横向动力学模型，并通过多体动力学仿真软件进行了仿真分析，最后通过实车测试验证了模型的准确性。研究结果表明，所建立的模型能够有效描述铰接式车辆的横向动力学特性，为铰接式车辆的操纵稳定性研究、主动安全控制系统开发以及车辆设计优化提供了可靠的理论模型和分析方法 。未来研究可进一步考虑更多实际因素（如路面不平度、车辆非线性特性等）对铰接式车辆横向动力学的影响，完善车辆模型，提高仿真精度。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 周长峰,孙蓓蓓,孙庆鸿,等.铰接式自卸车悬架系统动力学建模与仿真[J].汽车技术, 2004(9):4.DOI:10.3969/j.issn.1000-3703.2004.09.005.

[2] 张玉新.铰接式工程车辆倾翻稳定性与防倾翻预警策略研究[D].吉林大学,2012.

[3] 魏胜君,肖平,孙蓓蓓,等.基于变形路面的铰接式自卸车建模与仿真分析[J].机械制造与自动化, 2010, 39(1):99-102.DOI:10.3969/j.issn.1671-5276.2010.01.035.

📣 部分代码

🎈 部分理论引用网络文献，若有侵权联系博主删除

 👇 关注我领取海量matlab电子书和数学建模资料 

🏆团队擅长辅导定制多种科研领域MATLAB仿真，助力科研梦：

🌈 各类智能优化算法改进及应用

生产调度、经济调度、装配线调度、充电优化、车间调度、发车优化、水库调度、三维装箱、物流选址、货位优化、公交排班优化、充电桩布局优化、车间布局优化、集装箱船配载优化、水泵组合优化、解医疗资源分配优化、设施布局优化、可视域基站和无人机选址优化、背包问题、 风电场布局、时隙分配优化、 最佳分布式发电单元分配、多阶段管道维修、 工厂-中心-需求点三级选址问题、 应急生活物质配送中心选址、 基站选址、 道路灯柱布置、 枢纽节点部署、 输电线路台风监测装置、 集装箱调度、 机组优化、 投资优化组合、云服务器组合优化、 天线线性阵列分布优化、CVRP问题、VRPPD问题、多中心VRP问题、多层网络的VRP问题、多中心多车型的VRP问题、 动态VRP问题、双层车辆路径规划（2E-VRP）、充电车辆路径规划（EVRP）、油电混合车辆路径规划、混合流水车间问题、 订单拆分调度问题、 公交车的调度排班优化问题、航班摆渡车辆调度问题、选址路径规划问题、港口调度、港口岸桥调度、停机位分配、机场航班调度、泄漏源定位

🌈 机器学习和深度学习时序、回归、分类、聚类和降维

2.1 bp时序、回归预测和分类

2.2 ENS声神经网络时序、回归预测和分类

2.3 SVM/CNN-SVM/LSSVM/RVM支持向量机系列时序、回归预测和分类

2.4 CNN|TCN|GCN卷积神经网络系列时序、回归预测和分类

2.5 ELM/KELM/RELM/DELM极限学习机系列时序、回归预测和分类

2.6 GRU/Bi-GRU/CNN-GRU/CNN-BiGRU门控神经网络时序、回归预测和分类

2.7 ELMAN递归神经网络时序、回归\预测和分类

2.8 LSTM/BiLSTM/CNN-LSTM/CNN-BiLSTM/长短记忆神经网络系列时序、回归预测和分类

2.9 RBF径向基神经网络时序、回归预测和分类

2.10 DBN深度置信网络时序、回归预测和分类

2.11 FNN模糊神经网络时序、回归预测

2.12 RF随机森林时序、回归预测和分类

2.13 BLS宽度学习时序、回归预测和分类

2.14 PNN脉冲神经网络分类

2.15 模糊小波神经网络预测和分类

2.16 时序、回归预测和分类

2.17 时序、回归预测预测和分类

2.18 XGBOOST集成学习时序、回归预测预测和分类

2.19 Transform各类组合时序、回归预测预测和分类

方向涵盖风电预测、光伏预测、电池寿命预测、辐射源识别、交通流预测、负荷预测、股价预测、PM2.5浓度预测、电池健康状态预测、用电量预测、水体光学参数反演、NLOS信号识别、地铁停车精准预测、变压器故障诊断

🌈图像处理方面

图像识别、图像分割、图像检测、图像隐藏、图像配准、图像拼接、图像融合、图像增强、图像压缩感知

🌈 路径规划方面

旅行商问题（TSP）、车辆路径问题（VRP、MVRP、CVRP、VRPTW等）、无人机三维路径规划、无人机协同、无人机编队、机器人路径规划、栅格地图路径规划、多式联运运输问题、 充电车辆路径规划（EVRP）、 双层车辆路径规划（2E-VRP）、 油电混合车辆路径规划、 船舶航迹规划、 全路径规划规划、 仓储巡逻

🌈 无人机应用方面

无人机路径规划、无人机控制、无人机编队、无人机协同、无人机任务分配、无人机安全通信轨迹在线优化、车辆协同无人机路径规划

🌈 通信方面

传感器部署优化、通信协议优化、路由优化、目标定位优化、Dv-Hop定位优化、Leach协议优化、WSN覆盖优化、组播优化、RSSI定位优化、水声通信、通信上传下载分配

🌈 信号处理方面

信号识别、信号加密、信号去噪、信号增强、雷达信号处理、信号水印嵌入提取、肌电信号、脑电信号、信号配时优化、心电信号、DOA估计、编码译码、变分模态分解、管道泄漏、滤波器、数字信号处理+传输+分析+去噪、数字信号调制、误码率、信号估计、DTMF、信号检测

🌈电力系统方面

微电网优化、无功优化、配电网重构、储能配置、有序充电、MPPT优化、家庭用电

🌈 元胞自动机方面

交通流 人群疏散 病毒扩散 晶体生长 金属腐蚀

🌈 雷达方面

卡尔曼滤波跟踪、航迹关联、航迹融合、SOC估计、阵列优化、NLOS识别

🌈 车间调度

零等待流水车间调度问题NWFSP 、 置换流水车间调度问题PFSP、 混合流水车间调度问题HFSP 、零空闲流水车间调度问题NIFSP、分布式置换流水车间调度问题 DPFSP、阻塞流水车间调度问题BFSP