铰接式电动轮自卸车动力学建模与仿真分析

铰接式自卸车是为适应复杂路况与恶劣气候条件应运而生的一种非公路运输设备。与刚性自卸车相比，铰接式自卸车引入了附加的自由度，从而使车辆具有更好的机动性和更广泛的适应性。

随着矿产资源的不断开采与工程机械行业的快速发展，铰接式自卸车得到了越来越广泛的应用。因此，建立整车虚拟样机动力学模型，研究铰接式自卸车的动力学性能，对于铰接式自卸车的研究与制造具有重要的科研意义和工程应用价值。本文以某公司60t铰接式电动轮自卸车为研究对象，建立了整车虚拟样机协同仿真模型。

（1）本文研究的铰接式电动轮自卸车采用全液压转向系统，取消了轴间差速器，采用电动轮驱动转矩控制系统实施差速控制。为使整车虚拟样机模型更符合实际情况，从而更好地进行车辆动力学仿真与分析，本文在对整车结构进行分析的基础上，在SIMPACK环境下建立了多体动力学仿真模型，在AMESim环境下建立了全液压转向系统仿真模型，在Simulink环境下建立了一种基于车轮工作状态和车轮路面附着特性识别的电动轮驱动转矩控制模型，并定义了各软件仿真模型输入、输出变量，以Simulink为主要仿真环境，通过软件接口，将不同环境下的仿真模型集成到Simulink中，利用参数关联建立了系统、完整的SIMPACK／AMESIM／Simulink协同仿真模型。

为验证本文设计的“基于车轮工作状态和车轮路面附着特性识别”的电子差速控制策略，本文利用SIMPACK/AMESIM/Simulink协同仿真模型对该策略进行了仿真验证。结果表明，在该策略下，本文研究的电动轮铰接式自卸车具有良好的差速性能。

（2）本文根据QC／T 76.8.1993《矿用自卸汽车试验方法一平顺性试验》与GB／T4970.2009《汽车平顺性试验方法》的要求，分别对速度为20km／h、30km／h、40km／h的空载和满载工况下的60t铰接式电动轮自卸车多体动力学仿真模型，进行了路面激励随机输入的平顺性仿真试验与分析。

仿真结果显示：相同车速下，满载工况下的整车行驶平顺性能要优于空载；相同工况下，整车行驶平顺性能随着车速升高而降低。由仿真结果评价指标值可知：本文研究的60t铰接式电动轮自卸车，不同工况下的总加权加速度均方根值均处于合理范围内，乘坐舒适性能够满足矿用自卸车的使用要求；货箱��心处、前油气悬挂、前后桥等处的机械振动均处于合理范围内，整车平顺性满足矿用自卸车的使用要求。

（3）本文利用SIMPACK/AMESIM／Simulink协同仿真模型，参照国家标准GB／T6323.2014《汽车操纵稳定性试验方法》中的汽车稳态回转试验方法和转向盘角阶跃输入试验方法，对分别采用“等电动轮驱动转矩控制策略”和“基于车轮工作状态和车轮路面附着特性识别的电动轮驱动转矩控制策略”进行差速控制的60t铰接式电动轮自卸车的整车操纵稳定性进行了仿真和分析。

仿真结果显示：本文研究的铰接式自卸车全液压转向系统，响应迅速，执行误差小。采用“等电动轮驱动转矩控制策略”和采用“基于车轮工作状态和车轮路面附着特性识别的电动轮驱动转矩控制策略”进行差速控制的铰接式自卸车均具有不足转向特性，稳态回转性能和转向瞬态响应性能均符合车辆设计要求，且采用后一种差速控制策略的铰接式自卸车具有更好的稳态回转性能。总体上，相同工况下，车速越高操纵稳定性越差。

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