一種半掛式公路客車(chē)的聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向關(guān)系的設(shè)計(jì)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明還公開(kāi)了一種半掛式公路客車(chē)的聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向關(guān)系的設(shè)計(jì)方法；駕駛艙后圍與乘客艙前圍間隙很小，減小行駛風(fēng)阻的同時(shí)增加了駕駛艙與乘客艙內(nèi)空間，增大載客量，聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向關(guān)系的建立，不僅減小了轉(zhuǎn)彎通道寬度，節(jié)省道路資源，而且保證轉(zhuǎn)彎時(shí)車(chē)身尾部無(wú)外擺，提高行駛安全性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種半掛式公路客車(chē)的聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向關(guān)系的設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及客車(chē)與半掛客車(chē)的轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)方法，更具體而言，設(shè)計(jì)一種半掛式公路客車(chē)的聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向關(guān)系的設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，在國(guó)外曾經(jīng)運(yùn)營(yíng)的半掛式公交車(chē)銷(xiāo)聲匿跡。傳統(tǒng)的半掛式客車(chē)存在整車(chē)過(guò)重、乘員與駕駛員交流不便、牽引車(chē)和車(chē)廂之間空間利用率不高以及整車(chē)轉(zhuǎn)彎占用較大道路資源等問(wèn)題。但是半掛式客車(chē)本身所具有的載客量大、安全性高、舒適型好等優(yōu)勢(shì)是不容忽視的。
[0003]近年來(lái)，基于全承載式客車(chē)大量涌現(xiàn)，全承載設(shè)計(jì)技術(shù)日臻完善，車(chē)內(nèi)通訊，電子影音技術(shù)等都飛躍發(fā)展，中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?01310177331.8公開(kāi)了一種半掛式全承載客車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)，解決傳統(tǒng)半掛式客車(chē)整車(chē)過(guò)重、駕駛員與乘客交流不便的問(wèn)題，但是由于在駕駛艙后圍與乘客艙前圍之間布置裸露在外的乘客上車(chē)踏出，所占空間較大，導(dǎo)致空間利用率不高，行駛空氣阻力也較大，并且裸露在外的踏步不僅不易保持清潔而且影響雨雪天乘客上車(chē)方便性，安全性。
[0004]此外，傳統(tǒng)半掛式客車(chē)轉(zhuǎn)彎占用較大道路資源等問(wèn)題仍未解決。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?01310164321.0公開(kāi)了一種四軸單鉸鏈鉸接式客車(chē)副車(chē)聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向橋輪軸中點(diǎn)偏轉(zhuǎn)角α與
主車(chē)與副車(chē)之間的相對(duì)擺角β之間的聯(lián)動(dòng)關(guān)系:= arcUm(~^ian|)，通過(guò)米用最小_^乘
法數(shù)值擬合方法將其簡(jiǎn)化為線性關(guān)系a =ki3。該方案在很大程度上減小了大型鉸接客車(chē)的轉(zhuǎn)彎通道寬度，但是采用數(shù)值擬合方法簡(jiǎn)化后的線性聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向關(guān)系a =ki3會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎過(guò)程中副車(chē)可能出現(xiàn)外擺現(xiàn)象`，不利于駕駛員駕駛，影響行車(chē)安全。
[0005]因此，若能在傳統(tǒng)半掛式客車(chē)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上解決所存在的各種問(wèn)題，半掛式客車(chē)將有很大發(fā)展空間。現(xiàn)針對(duì)以上問(wèn)題結(jié)合我國(guó)公路客車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀提出一種新型半掛式公路客車(chē)結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提出一種半掛式公路客車(chē)的聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向關(guān)系的設(shè)計(jì)方法，基于保證轉(zhuǎn)彎時(shí)車(chē)身尾部無(wú)外擺的設(shè)計(jì)思想，建立了一種后橋聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向關(guān)系，減小了轉(zhuǎn)彎通道寬度，提高了行駛安全性，加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)方案的實(shí)用性。
[0007]—種半掛式公路客車(chē)的聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向關(guān)系的設(shè)計(jì)方法，牽引車(chē)(I)和半掛式車(chē)身(2)均為雙橋結(jié)構(gòu)，牽引車(chē)前橋(10)為轉(zhuǎn)向橋，后橋(11)為驅(qū)動(dòng)橋，半掛式車(chē)的雙橋(12)均為聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向橋；步驟一、設(shè)定半掛式公路客車(chē)在轉(zhuǎn)彎時(shí)，牽引車(chē)轉(zhuǎn)向輪外輪、驅(qū)動(dòng)輪和半掛式車(chē)身的聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪都繞同一中心點(diǎn)轉(zhuǎn)彎；步驟二、牽引車(chē)和半掛式車(chē)身鉸接點(diǎn)到半徑為R圓周的最小距離m與半掛式車(chē)身最后端中點(diǎn)到半徑為R圓周的最小距離η相等；其中R為轉(zhuǎn)彎過(guò)程中整車(chē)最外點(diǎn)在地面上的投影所形成的外圓周軌跡半徑；步驟三、根據(jù)m = η條件，建立了半掛式車(chē)身第一橋輪軸中點(diǎn)偏轉(zhuǎn)角α與牽引車(chē)和半掛式車(chē)身鉸接角β的聯(lián)動(dòng)關(guān)系:a = arccot {[cos β (Ll+Ls+Lf) _2LE]/[sin β (Ll-Ls-Lf) ]};其中:1^是牽引銷(xiāo)軸線到牽引車(chē)后軸的距離，U是牽引銷(xiāo)軸線到半掛式車(chē)身第一根軸的距離，Ls是半掛式車(chē)身第一根軸到第二根軸的距離，Lf是半掛式車(chē)身后懸長(zhǎng)度。
[0008]作為進(jìn)一步的優(yōu)選，還包括步驟四、根據(jù)數(shù)值求最值方法，將所述聯(lián)動(dòng)關(guān)系近似簡(jiǎn)化為線性聯(lián)動(dòng)關(guān)系a = ki3 ;在[0°，45° ]范圍內(nèi)選取若干個(gè)鉸接角Pi (i = 0，1，...，n)，通過(guò)所述聯(lián)動(dòng)關(guān)系求出對(duì)應(yīng)的Cii ;令k/ = CiiZ^i，找到最小比值k'，即k'= min {k/ }，再乘以安全系數(shù)爐作為最終k值，即々=<pk’。
[0009]作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述安全系數(shù)P的范圍0.90 <φ<{) 95
[0010]作為進(jìn)一步的優(yōu)選，在[0°，45° ]范圍內(nèi)每隔I度選取一個(gè)鉸接角。有益效果:
[0011]基于保證轉(zhuǎn)彎時(shí)車(chē)身尾部無(wú)外擺的設(shè)計(jì)思想，提出的一種后橋聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向關(guān)系的確定方法，減小了轉(zhuǎn)彎通道寬度，提高了行駛安全性，加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)方案的實(shí)用性。半掛式車(chē)身兩懸架既可以采用獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)，提高乘坐舒適性，也可以采用非獨(dú)立懸架降低成本，為生產(chǎn)企業(yè)提供了更廣闊的選擇空間。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明所述的半掛式公路客車(chē)整車(chē)示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明所述的半掛式公路客車(chē)結(jié)構(gòu)半掛式車(chē)身整體骨架示意圖。
[0014]圖3為本發(fā)明所述的半掛式公路客車(chē)結(jié)構(gòu)整車(chē)俯視圖。
[0015]圖4為本發(fā)明所述的半掛式公路客車(chē)結(jié)構(gòu)牽引車(chē)示意圖。
[0016]圖5為本發(fā)明所述的半掛式公路客車(chē)結(jié)構(gòu)半掛式車(chē)身示意圖。
[0017]圖6為本發(fā)明所述的半掛式公路客車(chē)結(jié)構(gòu)駕駛艙后圍上車(chē)通道門(mén)局部示意圖。
[0018]圖7為本發(fā)明所述的半掛式公路客車(chē)結(jié)構(gòu)乘客艙前圍上車(chē)通道門(mén)局部示意圖。
[0019]圖8為本發(fā)明所述的半掛式公路客車(chē)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)彎示意圖。
[0020]圖9為本發(fā)明的半掛式公路客車(chē)的主要尺寸參數(shù)示意圖。
[0021]圖10為本發(fā)明的半掛式公路客車(chē)的聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置示意圖。
[0022]其中:1、牽引車(chē)2、半掛式車(chē)身3、駕駛艙后圍4、乘客艙前圍5、乘客外部上車(chē)門(mén)6、駕駛艙上車(chē)通道門(mén)7、乘客艙上車(chē)通道門(mén)8、上車(chē)駕駛艙內(nèi)踏步9、上車(chē)乘客艙內(nèi)踏步10、牽引車(chē)前橋11、牽引車(chē)后橋12、半掛式車(chē)身雙聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向橋13、駕駛艙后圍與乘客艙前圍結(jié)構(gòu)間隙。
【具體實(shí)施方式】
[0023]結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說(shuō)明。
[0024]本方案中使用的主要尺寸參數(shù)如圖9所示，其中:L。是牽引車(chē)前懸長(zhǎng)度，Ld是牽引車(chē)軸距，LE是牽引銷(xiāo)軸線到牽引車(chē)后軸的距離(牽引座前置距)，U是牽引銷(xiāo)軸線到半掛式車(chē)身第一根軸的距離(大軸距)，Ls是半掛式車(chē)身第一根軸到第二根軸的距離(小軸距)，Lf是半掛式車(chē)身后懸長(zhǎng)度，W是整車(chē)寬度。
[0025]半掛式車(chē)身整體骨架結(jié)構(gòu)如圖2所示，為采用小截面桿件拼焊而成的全承載式整體結(jié)構(gòu)。半掛式公路客車(chē)結(jié)構(gòu)整車(chē)示意圖如圖1所示，俯視圖如圖3所示，牽引車(chē)I和半掛式車(chē)身2均為雙橋結(jié)構(gòu)，整車(chē)為四橋結(jié)構(gòu)，牽引車(chē)前橋10為轉(zhuǎn)向橋，后橋11為驅(qū)動(dòng)橋，半掛式車(chē)身雙橋12均為聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向橋，其中只有驅(qū)動(dòng)橋?yàn)槊總?cè)雙輪胎布置，其他車(chē)橋均為每側(cè)單輪胎布置，轉(zhuǎn)向時(shí)，半掛式車(chē)身第一橋輪軸中點(diǎn)偏轉(zhuǎn)角α與牽引車(chē)和半掛式車(chē)身鉸接角β聯(lián)動(dòng)。
[0026]駕駛艙后圍為內(nèi)凹的圓弧面結(jié)構(gòu)3，乘客艙前圍為前凸的圓弧面結(jié)構(gòu)4，如圖4、5所示。兩圓弧面同軸，軸線為牽引銷(xiāo)軸線，兩圓弧面間隙13是在200?300mm范圍內(nèi)選取的某值，此間隙值要符合GB/T20070-2006道路車(chē)輛牽引車(chē)與半掛車(chē)之間機(jī)械連接互換性的相關(guān)規(guī)定。半掛式車(chē)身前懸(牽引銷(xiāo)軸線至半掛式車(chē)身最前端的距離)即是乘客艙前圍圓弧面的半徑，轉(zhuǎn)彎過(guò)程中駕駛艙后圍與乘客艙前圍始終保持等間隙，保證轉(zhuǎn)彎時(shí)無(wú)運(yùn)動(dòng)干涉，此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅充分利用了駕駛艙與乘客艙之間的空間，增大載客量，而且也減小了行駛過(guò)程中的空氣阻力。
[0027]乘客上車(chē)門(mén)由三道門(mén)組成，分別為一道外部上車(chē)門(mén)和兩道上車(chē)通道門(mén)。在駕駛艙右側(cè)圍開(kāi)設(shè)外部上車(chē)門(mén)5，如圖1所示，設(shè)置在前軸后部，降低乘客上車(chē)高度，方便上車(chē)；在駕駛艙后圍及乘客艙前圍對(duì)應(yīng)位置開(kāi)設(shè)乘客上車(chē)通道門(mén)6、7，如圖4、5所示，采用弧形側(cè)滑同步艙門(mén)，作為一種優(yōu)選，并且裝有安全保護(hù)裝置，保證車(chē)輛行駛時(shí)乘客上車(chē)通道門(mén)不能開(kāi)啟，開(kāi)啟時(shí)車(chē)輛不能啟動(dòng)，節(jié)省了車(chē)內(nèi)空間并且提高了乘員安全性。
[0028]上車(chē)踏步由駕駛艙內(nèi)踏步8與乘客艙內(nèi)踏步9與兩部分組成，如圖6、7所示。駕駛艙內(nèi)踏步8為固定在牽引車(chē)車(chē)架上的三級(jí)踏步，沿著駕駛艙后圍圓弧面的弧形走向布置，乘客艙內(nèi)踏步9為兩級(jí)踏步，布置在兩側(cè)龍骨中間，一級(jí)踏步深度結(jié)束于前圍與側(cè)圍的焊接平面。這種上車(chē)方式有效的利用了駕駛艙與乘客艙內(nèi)空間，保證了半掛式車(chē)身結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性和完整性，提高車(chē)身承載能力。
[0029]半掛式公路客車(chē)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)彎情況如圖8所示，半掛式客車(chē)在轉(zhuǎn)彎時(shí)牽引車(chē)的轉(zhuǎn)向輪外輪、驅(qū)動(dòng)輪和半掛式車(chē)身的雙聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪都繞同一中心點(diǎn)O轉(zhuǎn)彎。轉(zhuǎn)彎通道寬度A為R與r的差值，即A=R-r，其中，R為整車(chē)最外點(diǎn)在地面上的投影所形成的外圓周軌跡半徑，r為整車(chē)最內(nèi)側(cè)部位在地面上的投影所形成的內(nèi)圓周軌跡半徑。為保證在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中牽引車(chē)與半掛式車(chē)身的轉(zhuǎn)彎中心重合，可通過(guò)控制半掛式車(chē)身第一橋輪軸中點(diǎn)偏轉(zhuǎn)角α與牽引車(chē)和半掛式車(chē)身鉸接角β聯(lián)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0030]一種聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向關(guān)系的確定方法:為了避免轉(zhuǎn)彎時(shí)出現(xiàn)車(chē)身尾部外擺現(xiàn)象，可通過(guò)控制m = η來(lái)保證車(chē)身的前后運(yùn)行軌跡一致，其中m為牽引車(chē)和半掛式車(chē)身鉸接點(diǎn)h到半徑為R圓周的最小距離，η為半掛式車(chē)身最后端中點(diǎn)t到半徑為R圓周的最小距離。
[0031]根據(jù)圖8中的幾何關(guān)系，推導(dǎo)出半掛式車(chē)身第一橋輪軸中點(diǎn)偏轉(zhuǎn)角α與牽引車(chē)和半掛式車(chē)身鉸接角β之間的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，過(guò)程如下:
[0032]過(guò)轉(zhuǎn)彎中心O做半掛式車(chē)身縱向中心線垂線，可得Z iOp = β , Z pOq = α ；
[0033]由 m = η,可得 Δ Oph = Δ Opt,所以 hp = pt,
[0034]在Δ Opi 中，有 Op = ipcot β ,在 Δ Opq 中，有 Op = pqcot α，
[0035]由 ipcot β = pqcot α ,
[0036]代入
[0037]ip = hp-hi, hi = hj/cos β，hp = (Ll+Ls+Lf) /2，hj = Le,[0038]pq = pt-qt, pt = (Ll+Ls+Lf) /2, qt = Ls+Lf,
[0039]可得
[0040][ (Ll+Ls+Lf)/2_LE/cos β ] cot β = [ (Ll+Ls+Lf) /2_Ls+LF]cot a，
[0041]整理可得
[0042]a = arccot {[cos β (Ll+Ls+Lf) _2Le] / [sin β (Ll-Ls-Lf) ]}。
[0043]但是此聯(lián)動(dòng)關(guān)系過(guò)于復(fù)雜，工程上實(shí)現(xiàn)難度大，作為一種優(yōu)選，需要對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化。
[0044]由于在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中駕駛員較難觀察到車(chē)輛外擺的情況，影響車(chē)輛行駛安全性，并且GB1589-2004《道路車(chē)輛外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》中對(duì)車(chē)輛外擺值有所限制(不得大于0.8米)，所以本發(fā)明通過(guò)控制車(chē)輛轉(zhuǎn)彎過(guò)程中無(wú)外擺或者輕微內(nèi)擺來(lái)提高行駛安全性，這可以通過(guò)合理的聯(lián)動(dòng)關(guān)系a =ki3實(shí)現(xiàn)，需要找到α與β之間的最小比值k。
[0045]利用導(dǎo)數(shù)求最值過(guò)程如下:
[0046]令
[0047]f ( β ) = α/β = arccot {[cos β (Ll+Ls+Lf) _2LE] / [sin β (Ll-Ls-Lf) ]} / β
[0048]通過(guò)
【權(quán)利要求】
1.一種半掛式公路客車(chē)的聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向關(guān)系的設(shè)計(jì)方法，牽引車(chē)(I)和半掛式車(chē)身(2)均為雙橋結(jié)構(gòu)，牽引車(chē)前橋(10)為轉(zhuǎn)向橋，后橋(11)為驅(qū)動(dòng)橋，半掛式車(chē)的雙橋(12)均為聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向橋；其特征在于: 步驟一、設(shè)定半掛式公路客車(chē)在轉(zhuǎn)彎時(shí)，牽引車(chē)轉(zhuǎn)向輪外輪、驅(qū)動(dòng)輪和半掛式車(chē)身的聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪都繞同一中心點(diǎn)轉(zhuǎn)彎； 步驟二、牽引車(chē)和半掛式車(chē)身鉸接點(diǎn)到半徑為R圓周的最小距離m與半掛式車(chē)身最后端中點(diǎn)到半徑為R圓周的最小距離η相等；其中R為轉(zhuǎn)彎過(guò)程中整車(chē)最外點(diǎn)在地面上的投影所形成的外圓周軌跡半徑； 步驟三、根據(jù)m = η條件，建立了半掛式車(chē)身第一橋輪軸中點(diǎn)偏轉(zhuǎn)角α與牽引車(chē)和半掛式車(chē)身鉸接角β的聯(lián)動(dòng)關(guān)系:a = arccot {[cos β (Ll+Ls+Lf) _2Le] /[sin@ (Ll-Ls-Lf) ]}； 其中:1^是牽引銷(xiāo)軸線到牽引車(chē)后軸的距離，U是牽引銷(xiāo)軸線到半掛式車(chē)身第一根軸的距離，Ls是半掛式車(chē)身第一根軸到第二根軸的距離，Lf是半掛式車(chē)身后懸長(zhǎng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:還包括步驟四、根據(jù)數(shù)值求最值方法，將所述聯(lián)動(dòng)關(guān)系近似簡(jiǎn)化為線性聯(lián)動(dòng)關(guān)系a =ki3 ;在[0°，45° ]范圍內(nèi)選取若干個(gè)鉸接角Pi (i = O, I,..., η),通過(guò)所述聯(lián)動(dòng)關(guān)系求出對(duì)應(yīng)的a i ;令k/ = a ^ β i，找到最小比值k'，即k' =Hiinik/ }，再乘以安全系數(shù)P作為最終k值，即々=識(shí)々'。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述安全系數(shù)P的范圍0.90 < φ < 0.95。
4.根據(jù)權(quán)利要求2之一所述的`設(shè)計(jì)方法，其特征在于:在[0°，45°]范圍內(nèi)每隔I度選取一個(gè)鉸接角。
【文檔編號(hào)】B62D13/00GK103754262SQ201410023715
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】那景新, 白霜, 袁正, 王童, 張?zhí)O蘋(píng), 高劍峰, 劉玉, 陶士振, 張師源, 蔡亮 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)