施周維+劉海霞+張育維+趙云洋

摘 要：針對(duì)某型號(hào)半掛牽引車在行駛途中與掛車的干涉問題，本文分析研究了導(dǎo)致干涉問題的原因，并進(jìn)行相關(guān)國(guó)家法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)解讀，確定了影響甩掛運(yùn)輸主掛匹配的主要因素，運(yùn)用DMU技術(shù)建立半掛車運(yùn)動(dòng)包絡(luò)模型并進(jìn)行半掛牽引車與掛車的運(yùn)動(dòng)仿真。提出優(yōu)化牽引車底盤結(jié)構(gòu)從而解決牽引車與掛車干涉問題的措施，并在實(shí)車上驗(yàn)證了該方案的有效性。

關(guān)鍵詞：半掛牽引車；主掛匹配；運(yùn)動(dòng)干涉；法規(guī)；DMU；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U463 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（2017）03-0025-05

The Research and Application of Full-Vehicle DMU Technology in vehicle modification

SHI Zhou-wei， LIU Hai-xia， ZHANG Yu-wei， ZHAO Yun-yang

（ Technical Center of DongFeng Commercial Vehicle Co.， LTD， Wuhan430056， China ）

Abstract： Aiming at the interference between a certain semi-trailer towing vehicle and trailer ， the paper analyses the reasons of inerference， unscrambles relevant national laws and regulations， determines the main influencing factors on the matching of tractor and trailer in semi-trailer swap transport. establishes envelope model of semi-trailer， DMU technique is applied to movement simulation of tractor and trailer. The paper proposes the measures to optimize the chassis structure to resolve the interference between chassis and trailer.The measures have been applied successfully in real vehicles to verify its effectiveness.

Key Words： Semi-trailer towing vehicle； The matching of tractor and trailer；

1 前言

甩掛運(yùn)輸是世界公認(rèn)的提高運(yùn)輸與物流效率的有效手段之一，為進(jìn)一步提高運(yùn)輸效率，國(guó)家已經(jīng)提出大力發(fā)展甩掛運(yùn)輸。甩掛運(yùn)輸就是牽引車隨車拖帶的半掛車甩留在目的地后，再拖帶其他裝滿貨物的半掛車返回原地，或者駛向新的地點(diǎn)。隨著甩掛運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，“一拖多掛”將越來越常見，這對(duì)牽引車和掛車的匹配互換性也提出了更高要求。

半掛汽車列車是由牽引車與半掛車組合而成，通過牽引車上的牽引座與半掛車上的牽引銷進(jìn)行機(jī)械連接，要求科學(xué)配置車輛結(jié)構(gòu)、安全匹配電氣路連接，具有良好的汽車列車性能、先進(jìn)的配套裝備。汽車行駛過程中的主掛匹配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性，直接影響著法規(guī)符合度和行車安全，實(shí)現(xiàn)車輛與道路的協(xié)調(diào)發(fā)展。

本文結(jié)合市場(chǎng)上出現(xiàn)的某型號(hào)牽引車主掛匹配問題進(jìn)行分析研究，并進(jìn)行相關(guān)國(guó)家法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)《GBT 20070-2006道路車輛牽引車與半掛車之間機(jī)械連接互換性》解讀，確定了主掛匹配的影響因素，運(yùn)用DMU技術(shù)進(jìn)行半掛牽引車與掛車的運(yùn)動(dòng)仿真，提出優(yōu)化底盤結(jié)構(gòu)解決底盤與掛車干涉問題的措施，最后將所述方法和措施應(yīng)用在了對(duì)應(yīng)牽引車上，成功地解決了半掛牽引車與掛車匹配干涉問題。

2 主掛干涉的問題分析及改進(jìn)措施

2.1 市場(chǎng)問題描述

半掛車相對(duì)牽引車后傾而出現(xiàn)干涉是目前市場(chǎng)上最常見的主掛匹配問題。某地區(qū)一批6X4牽引車與半掛車出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)干涉現(xiàn)象，如圖1所示。該批車輛為危化品運(yùn)輸車輛，運(yùn)營(yíng)路線固定，途經(jīng)多個(gè)坡道。車輛通過其中幾個(gè)較大坡道時(shí)，半掛車相對(duì)牽引車后傾，半掛車縱梁與牽引車車架尾端發(fā)生干涉，影響行車安全。

該批車輛問題經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析后，只能采取臨時(shí)方案處理，對(duì)車架尾端進(jìn)行切割。不但影響車輛美觀而且用戶對(duì)商品的信任度也備受考驗(yàn)。因此需要在車輛開發(fā)初期應(yīng)考慮解決方案。車輛相關(guān)尺寸參數(shù)見表1：

2.2 甩掛推薦車型要求

國(guó)家《甩掛運(yùn)輸推薦車型基本要求》中對(duì)牽引車、半掛車的結(jié)構(gòu)尺寸、安裝與連接技術(shù)都有明確要求。需滿足汽車列車尺寸限制，保持貨箱底板與貨運(yùn)場(chǎng)站貨臺(tái)高度相協(xié)調(diào)，利于甩掛操作的實(shí)施與行車安全，防止出現(xiàn)主掛車運(yùn)動(dòng)干涉，確保甩掛運(yùn)輸車輛的快速、安全接駁以及貨物裝卸效率與質(zhì)量安全。

以6X4普通半掛牽引車為例，結(jié)構(gòu)尺寸要求如下：

1）牽引座中心至車輛最前端距離≤5100 mm

2）牽引座結(jié)合面空載高度為1290mm～1320mm

3）牽引車后回轉(zhuǎn)半徑≤2200mm

4）牽引車間隙半徑≥2120mm

5）半掛車相對(duì)牽引車前傾6°、后傾7°與底盤部件無干涉

2.3 問題分析

牽引車和半掛車之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可分為縱向傾斜和側(cè)向傾斜，前文提到的干涉即發(fā)生在半掛車與牽引車縱向傾斜時(shí)。縱向傾斜干涉也是牽引車與半掛車相對(duì)運(yùn)動(dòng)常見的失效模式。從牽引車角度分析，影響牽引車與掛車之間自由空間的參數(shù)主要有以下幾個(gè)：

1） 牽引座結(jié)合面與車架上平面的距離

2） 牽引座主銷中心距離車架尾端距離

3） 牽引座前置距

4） 車架縱梁尾端型式

5） 底盤附件垂直布置尺寸

牽引座結(jié)合面與車架上平面的距離一般由牽引座連接板和牽引座的高度組成。該距離越大，半掛車與牽引車發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)越不容易出現(xiàn)干涉。但該值過大可能導(dǎo)致牽引座結(jié)合面高度不滿足甩掛要求。

牽引座主銷中心距離車架尾端尺寸主要影響半掛車相對(duì)牽引車后傾的自由空間。該尺寸越小，半掛車相對(duì)牽引車后傾運(yùn)動(dòng)時(shí)越不容易出現(xiàn)干涉。

牽引座前置距也類似，但該值還影響牽引座中心距離車輛最前端距離。該尺寸越小，牽引座中心距離車輛最前端距離越大，但不能超出甩掛要求。此外，該尺寸還影響牽引車軸荷分配。

車架縱梁尾端型式主要指尾端傾角尺寸，該傾角角度越大，斜面越長(zhǎng)越不容易產(chǎn)生干涉。從圖一可見，半掛車與牽引車干涉位置即為車架縱梁尾端。

底盤部件垂直布置尺寸是指油箱、電瓶框、尿素罐、工作臺(tái)以及擋泥板等部件Z方向超出車架上平面尺寸。

從尺寸參數(shù)便宜引發(fā)的工作量角度考慮，上述幾個(gè)參數(shù)中牽引座結(jié)合面與車架上平面的距離和牽引座前置距可以作為優(yōu)先選擇更改的尺寸，如果更改這兩個(gè)尺寸無法滿足要求再對(duì)其它尺寸做設(shè)計(jì)變更。

2.4 確定校核邊界

根據(jù)法規(guī)GB/T20070-2006和國(guó)家甩掛掛車型參數(shù)要求，確定校核參數(shù)如下：

半掛車與牽引車匹配運(yùn)動(dòng)時(shí)：

最大前傾角ω1=6°，最大后傾角ω2=7°， 最大左右側(cè)傾角δ=3°，見圖2所示：

牽引車后回轉(zhuǎn)半徑掛車回轉(zhuǎn)半徑Rr≤2200， 掛車前回轉(zhuǎn)半徑Rf≤2120，

空載的牽引座結(jié)合面高度h應(yīng)為1290mm～ 1320mm。該值由牽引座接合面距離車架上平面距離、后橋空載輪心高度和車輛半徑相加得到。該參數(shù)變動(dòng)引發(fā)的工作量相對(duì)較小。

2.5 建立校核模型

市場(chǎng)上掛車種類多種多樣，影響牽引車與半掛車運(yùn)動(dòng)空間的尺寸主要是掛車的鵝頸外形。GB/T 20070-2006對(duì)掛車的鵝頸外形作出了明確規(guī)定，如圖5所示。此標(biāo)準(zhǔn)即作為掛車模型相關(guān)尺寸確定依據(jù)。由于本次校核目的主要為確定半掛車和牽引車相對(duì)運(yùn)動(dòng)自用空間，因此對(duì)掛車總長(zhǎng)不做特別規(guī)定，半掛車總高對(duì)前傾時(shí)自由空間有影響。

半掛車模型建立時(shí)基礎(chǔ)坐標(biāo)選擇鞍座坐標(biāo)作為參考。裝配時(shí)只需要選取兩個(gè)模型坐標(biāo)固定即可。為模擬半掛車相對(duì)牽引車運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，在半掛車模型中，利用Pro/R中的“特征操作”命令可以使基礎(chǔ)坐標(biāo)圍繞鞍座活動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)生成掛車前傾、后傾及左傾右傾坐標(biāo)。校核半掛車相對(duì)牽引車運(yùn)動(dòng)時(shí)只需要選取相應(yīng)坐標(biāo)與鞍座坐標(biāo)裝配即可。掛車模型見圖6：

2.6 校核情況

首先需要校核牽引車間隙半徑、后回轉(zhuǎn)半徑、牽引座結(jié)合面高度以及牽引座中心距離車輛最前端距離等靜態(tài)尺寸。相關(guān)要求及標(biāo)準(zhǔn)已在前文列出。校核發(fā)現(xiàn)牽引車空載牽引座結(jié)合面高度和牽引座中心距離車輛最前端距離不滿足甩掛要求。因此需要通過調(diào)整鞍座前置距和更換鞍座連接板等手段進(jìn)行整改，整改后車輛發(fā)生變化的尺寸參數(shù)如表2所示：

按照整改后的最新狀態(tài)，對(duì)牽引車與半掛車模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核。通過坐標(biāo)約束，將半掛車模型按照相應(yīng)角度裝配到牽引車上，如圖8～圖10所示：半掛車相對(duì)牽引車前傾6°時(shí)，半掛車與油箱、工作臺(tái)、車架干涉；半掛車相對(duì)牽引車后傾7°和側(cè)傾3°時(shí)，半掛車與后橋三段式擋泥板的中間段干涉。

通過更換鞍座連接板，可繼續(xù)增加牽引座結(jié)合面與車架上平面距離。牽引座結(jié)合面與車架上平面距離達(dá)到220mm時(shí)，可保證半掛車相對(duì)牽引車前傾6°和后傾7°時(shí)與車架無干涉。但即使將鞍座連接板高度調(diào)為66mm，此時(shí)空載牽引座結(jié)合面高度已達(dá)到極限值1320mm，半掛車相對(duì)牽引車仍無法避免前傾時(shí)與油箱干涉及后傾時(shí)與擋泥板干涉。

因此，僅調(diào)整牽引座結(jié)合面與車架上平面距離已無法保證半掛車與牽引車的運(yùn)動(dòng)空間。按照前文所述，需要調(diào)整油箱Z方向布置尺寸，保證油箱不超過車架上平面。

3 結(jié)論

通過DMU設(shè)計(jì)校核發(fā)現(xiàn)，在滿足國(guó)家甩掛牽引車與半掛車尺寸參數(shù)要求前提下，為保證半掛車與牽引車的相對(duì)運(yùn)動(dòng)空間需要滿足以下設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

1）保證牽引座結(jié)合面與車架上平面距離≥220mm；

2）底盤附件Z方向布置尺寸不能超出車架上平面；

3）取消三段式擋泥板的中間段，采用兩段式擋泥板；

4）鞍座前置距定義結(jié)合軸荷分配和后回轉(zhuǎn)半徑綜合考慮。

以上三點(diǎn)已成為6X4牽引車開發(fā)設(shè)計(jì)要求，對(duì)于4X2、6X2普通半掛牽引車和集裝箱半掛牽引車也可用采用同樣方法，只需調(diào)整相應(yīng)校核邊界。

本文的研究方法和設(shè)計(jì)思想，對(duì)產(chǎn)品開發(fā)初期甩掛運(yùn)輸主掛結(jié)構(gòu)匹配設(shè)計(jì)有較好的指導(dǎo)意義，通過產(chǎn)品設(shè)計(jì)手段與設(shè)計(jì)過程的數(shù)字化驗(yàn)證，快速高質(zhì)量設(shè)計(jì)開發(fā)出滿足市場(chǎng)需求的商品。

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