DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2025.11(42).335-347
Influence of Layout and Mass Parameters of a Vehicle and Trailer on The Stability of a Light-Duty Road Train
About the Authors
Volodymyr Sakhno, Professor, Doctor of Technical Sciences, Head of the Department of Automobiles, National Transport University, Kyiv, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5144-7131, e-mail: sakhno@ntu.edu.ua
Mykola Mayak, Professor, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Automobiles and Transport Technologies, Lutsk National Technical University, Lutsk, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8626-3084, e-mail: mayak@lutsk-ntu.com.ua
Vasyl Onyshchuk, Associate Professor, PhD, Head of the Department of Automobiles and Transport Technologies, Lutsk National Technical University, Lutsk, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5316-408X, e-mail: v.onyshchuk@lntu.edu.ua
Andrii Kotenko, PhD student, Lutsk National Technical University, Lutsk, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0009-0004-5506-9985, e-mail: kotenko.a0015@lntu.edu.ua
Stanislav Stelmashchuk, PhD student, Lutsk National Technical University, Lutsk, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0009-0009-6981-1040, e-mail: stanislav0077@ukr.net
Abstract
The use of trailers with passenger cars, pickups, SUVs, and vans is commonly driven by the need to transport cargo, particularly oversized or specialized items (such as boats, watercraft, snowmobiles, etc.). However, the stability of such vehicle-trailer combinations depends on multiple factors and cannot always be guaranteed, even when the design is considered optimal.
This study analyzes the influence of layout and mass parameters of the towing vehicle and trailer on the critical speed of a light-duty road train. It is shown that increasing the wheelbase and mass of the towing vehicle, as well as shifting the center of gravity of both the tractor and trailer forward in the direction of motion, and reducing the distance between the center of gravity of the tractor and the hitch point of the road train, lead to an increase in the critical speed. In contrast, increasing the trailer wheelbase slightly decreases this speed.
The conducted analysis revealed that the critical speed for the studied road train configuration is only 29.4 m/s, which is significantly lower than the maximum possible speed of the towing vehicle alone. This highlights the necessity of a detailed study on how the mass and layout parameters of the vehicles affect the stability of the road train.
The results demonstrate that increasing the towing vehicle’s wheelbase and mass, shifting its center of gravity forward, and reducing the distance to the hitch point improve the system’s stability and increase the critical speed. Conversely, the trailer’s base length and drawbar have minimal effect. The relationships obtained were described using simple regression equations, which can be applied in the design of control systems aimed at improving the stability of light-duty road trains.
Keywords
road train, trailer, towing vehicle, mathematical model, layout parameters, mass, stability, critical speed
Full Text:
PDF
References
1. Vempaty, S., Zhao, L., & He, Y. (2020). An overview of control schemes for improving the lateral stability of car-trailer combinations. International Journal of Vehicle Performance, January, 45 p. DOI:10.1504/IJVP.2020.10028995.
2. He, Y., & Islam, M.M. (2012). An automated design method for active trailer steering systems of articulated heavy vehicles. ASME Journal of Mechanical Design, 134(041002), 1–15.
3. Verbytskyi, V.H., Sakhno, V.P., Kravchenko, A.P., Kostenko, A.V., & Danylenko, A.E. (2013). Avtomobili. Stiikistʹ. Luhansk: Noulidzh [in Ukrainian].
4. Sakhno, V.P., Stelmaschuk, V.V., & Pazin, R.V. (2018). Vyznachennia parametriv stiikosti avtovoza z prytsepom katehorii O2. Systemy i srodki transportu samochodowego. Wybrane zagadnienia. Seria: Transport, 15, 93–102 [in Ukrainian].
5. Stelmaschuk, V.V., & Pazin, R.V. (2016). Do pytannia komplektatsii avtovoza z prytsepom katehorii O2. Visnyk Mashynobuduvannia ta Transportu, 2, 97–105 [in Ukrainian].
6. Sakhno, V.P., Kuznetsov, R.M., Stelmaschuk, V.V., & Kozachuk, L.S. (2014). Do vyznachennia pokaznykiv stiikosti avtovoza katehorii M1 u perekhidnykh rezhymakh rukhu. Suchasni tekhnolohii v mashynobuduvanni i transporti, 2, 123–128. Lutsk: Lutsk NTU [in Ukrainian].
7. Islam, M., & He, Y. (2013). A parallel design optimisation method for articulated heavy vehicles with active safety systems. International Journal of Heavy Vehicle Systems, 20, 327–341.
8. De Bernardis, M., Rini, G., Bottiglione, F., Hartavi, A.E., & Sorniotti, A. (2023). On nonlinear model predictive direct yaw moment control for trailer sway mitigation. Vehicle System Dynamics, 61(2), 445–471. DOI:10.1080/00423114.2022.2054352.
9. Shamim, R., Islam, M., & He, Y. (2011). A comparative study of active control strategies for improving lateral stability of car-trailer systems. SAE Technical Paper, 2011-01-0959.
10. Wang, W., Fan, J., Xiong, R., et al. (2016). Lateral stability control of four wheels independently drive articulated electric vehicle. IEEE Transportation Electrification Conference and Expo.
11. AL-KO. (2021). Comprehensive catalogue trailer components. Part No. 499 699 B, Edition 06/2021.
12. Sakhno, V.P., Polyakov, V.M., Sharai, S.M., & Chovcha, I.S. (2021). Vplyv polozhennia tsentra mas prytsepa katehorii O1 na stiikistʹ rukhu avtovoza. Visnyk Mashynobuduvannia ta Transportu, 2(14), 111–120. DOI:10.31649/2413-4503-2021-14-2-111-120 [in Ukrainian].
13. Deng, W., & Kang, X. (2003). Parametric study on vehicle-trailer dynamics for stability control. SAE Technical Paper, 2003-01-1321.
14. Astolfi, A., Bolzern, P., & Locatelli, A. (2004). Path-tracking of a tractor-trailer vehicle along rectilinear and circular paths: A Lyapunov-based approach. IEEE Transactions on Robotics and Automation, 20(1), 154–160.
15. Galluppi, O., Formentin, S., Novara, C., & Savaresi, S.M. (2017). Nonlinear stability control of autonomous vehicles: a MIMO D2-IBC solution. IFAC-PapersOnLine, 50(1), 3691–3696.
16. Kozachuk, L.S. (2014). Do vyznachennia stiikosti rukhu avtovoza katehorii M1. Visnyk Zhytomyrsʹkoho derzhavnoho tekhnolohichnoho universytetu, 2(69), 121–128 [in Ukrainian].
17. Sakhno, V.P., Zaviailova, L.I., Nesterenko, M.P., & Lahoshna, O.O. (2007). Doslidzhennia vplyvu kilʹkosti nekerovanykh kolisnykh osei na oblastʹ stiikosti priamoliniiho rukhu bahatovisnoho avtomobilia. Visnyk Natsionalʹnoho Transportnoho Universytetu, 14, 164–169 [in Ukrainian].
18. Sakhno, V.P., Zaviailova, L.I., Nesterenko, M.P., & Lahoshna, O.O. (2006). Shliakhy pidvyshchennia stiikosti rukhu bahatovisnoho avtomobilia. Visnyk Skhidnoukrainsʹkoho natsionalʹnoho universytetu imeni V. Dalia, 7(101), 91–94 [in Ukrainian].
19. Sakhno, V.P., Stelmaschuk, V.V., & Pazin, R.V. (2018). Manevrenistʹ avtovoza z prytsepom katehorii O2. Visnyk Natsionalʹnoho Transportnoho Universytetu. Seriia: Tekhnichni nauky, 3(42), 113–126 [in Ukrainian].
20. Sakhno, V.P., Polyakov, V.M., Sharai, S.M., Murovanyi, I.S., & Omelnytskyi, Ye.O. (2021). Sharniurno-zchlenovani avtobusy. Manevrenistʹ ta stiikistʹ: Monohrafiia. Lutsk: IVV Lutsk NTU. 288 p. [in Ukrainian].
21. Timkov, O.M. (2003). Vyznachennia pokaznykiv manevrenosti prytsepnoho avtovoza z nablyzhenymy osiami prytsepa. Visnyk NTU, 8, 325–327 [in Ukrainian].
Citations
1. Vempaty S., Zhao L., He Y. An Overview of Control Schemes for Improving the Lateral Stability of Car-Trailer Combinations. International Journal of Vehicle Performance. January 2020. 45 с. DOI: 10.1504/IJVP.2020.10028995.
2. He Y., Islam M.M. An automated design method for active trailer steering systems of articulated heavy vehicles. ASME Journal of Mechanical Design. 2012. Vol. 134/041002. С. 1–15.
3. Вербицький В. Г., Сахно В. П., Кравченко А. П., Костенко А. В., Даниленко А. Е. Автомобілі. Стійкість. Луганськ: Ноулидж, 2013.
4. Сахно В. П., Стельмащук В. В., Пазін Р. В. Визначення параметрів стійкості автопоїзда з причепом категорії О2. Systemy і srodki transportu samochodowego. Wybrane zagadnienia. Seria: Transport. Rzeszow, 2018. № 15. С. 93–102.
5. Стельмащук В. В., Пазін Р. В. До питання комплектації автопоїзда з причепом категорії О2. Вісник Машинобудування та транспорту. 2016. № 2. С. 97–105.
6. Сахно В. П., Кузнєцов Р. М., Стельмащук В. В., Козачук Л. С. До визначення показників стійкості автопоїзда категорії М1 у перехідних режимах руху. Сучасні технології в машинобудуванні і транспорті. Луцьк: Луцький НТУ, 2014. № 2. С. 123–128.
7. Islam M., He Y. A parallel design optimisation method for articulated heavy vehicles with active safety systems. International Journal of Heavy Vehicle Systems. 2013. Vol. 20. С. 327–341.
8. De Bernardis M., Rini G., Bottiglione F., Hartavi A. E., Sorniotti A. On nonlinear model predictive direct yaw moment control for trailer sway mitigation. Vehicle System Dynamics. 2023. Vol. 61, № 2. С. 445–471. DOI: 10.1080/00423114.2022.2054352.
9. Shamim R., Islam M., He Y. A comparative study of active control strategies for improving lateral stability of car-trailer systems. SAE Technical Paper, 2011-01-0959, 2011.
10. Wang W., Fan J., Xiong R., та ін. Lateral stability control of four wheels independently drive articulated electric vehicle. IEEE Transportation Electrification Conference and Expo, 2016.
11. AL-KO. Comprehensive catalogue trailer components. Part No. 499 699 B. Edition 06/2021.
12. Сахно В. П., Поляков В. М., Шарай С. М., Човча І. С. Вплив положення центра мас причепа категорії О1 на стійкість руху автопоїзда. Вісник машинобудування та транспорту. 2021. № 2(14). С. 111–120. DOI: 10.31649/2413-4503-2021-14-2-111-120.
13. Deng W., Kang X. Parametric study on vehicle-trailer dynamics for stability control. SAE Technical Paper 2003-01-1321, 2003.
14. Astolfi A., Bolzern P., Locatelli A. Path-tracking of a tractor-trailer vehicle along rectilinear and circular paths: A Lyapunov-based approach. IEEE Transactions on Robotics and Automation. 2004. Vol. 20, № 1. С. 154–160.
15. Galluppi O., Formentin S., Novara C., Savaresi S. M. Nonlinear stability control of autonomous vehicles: a MIMO D2-IBC solution. IFAC-PapersOnLine. 2017. Vol. 50, Issue 1. С. 3691–3696.
16. Козачук Л. С. До визначення стійкості руху автопоїзда категорії М1. Вісник Житомирського державного технологічного університету. 2014. Вип. 2(69). С. 121–128.
17. Сахно В. П., Зав’ялова Л. І., Нестеренко М. П., Лагошна О. О. Дослідження впливу кількості некерованих колісних осей на область стійкості прямолінійного руху багатовісного автомобіля. Вісник Національного транспортного університету. 2007. Вип. 14. С. 164–169.
18. Сахно В. П., Зав’ялова Л. І., Нестеренко М. П., Лагошна О. О. Шляхи підвищення стійкості руху багатовісного автомобіля. Вісник Східноукраїнського національного університету імені В. Даля. 2006. № 7(101). С. 91–94.
19. Сахно В. П., Стельмащук В. В., Пазін Р. В. Маневреність автопоїзда з причепом категорії О2. Вісник Національного транспортного університету. Серія: Технічні науки. 2018. Вип. 3(42). С. 113–126.
20. Сахно В. П., Поляков В. М., Шарай С. М., Мурований І. С., Омельницький Є. О. Шарнірно-зчленовані автобуси. Маневреність та стійкість: монографія. Луцьк: ІВВ Луцького НТУ, 2021. 288 с.
21. Тімков О. М. Визначення показників маневреності причіпного автопоїзда з наближеними осями причепа. Вісник НТУ. 2003. № 8. С. 325–327.
Copyright (c) 2025 Volodymyr Sakhno, Mykola Mayak, Vasyl Onyshchuk, Andrii Kotenko, Stanislav Stelmashchuk
Influence of Layout and Mass Parameters of a Vehicle and Trailer on The Stability of a Light-Duty Road Train
About the Authors
Volodymyr Sakhno, Professor, Doctor of Technical Sciences, Head of the Department of Automobiles, National Transport University, Kyiv, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5144-7131, e-mail: sakhno@ntu.edu.ua
Mykola Mayak, Professor, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Automobiles and Transport Technologies, Lutsk National Technical University, Lutsk, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8626-3084, e-mail: mayak@lutsk-ntu.com.ua
Vasyl Onyshchuk, Associate Professor, PhD, Head of the Department of Automobiles and Transport Technologies, Lutsk National Technical University, Lutsk, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5316-408X, e-mail: v.onyshchuk@lntu.edu.ua
Andrii Kotenko, PhD student, Lutsk National Technical University, Lutsk, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0009-0004-5506-9985, e-mail: kotenko.a0015@lntu.edu.ua
Stanislav Stelmashchuk, PhD student, Lutsk National Technical University, Lutsk, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0009-0009-6981-1040, e-mail: stanislav0077@ukr.net
Abstract
Keywords
Full Text:
PDFReferences
1. Vempaty, S., Zhao, L., & He, Y. (2020). An overview of control schemes for improving the lateral stability of car-trailer combinations. International Journal of Vehicle Performance, January, 45 p. DOI:10.1504/IJVP.2020.10028995.
2. He, Y., & Islam, M.M. (2012). An automated design method for active trailer steering systems of articulated heavy vehicles. ASME Journal of Mechanical Design, 134(041002), 1–15.
3. Verbytskyi, V.H., Sakhno, V.P., Kravchenko, A.P., Kostenko, A.V., & Danylenko, A.E. (2013). Avtomobili. Stiikistʹ. Luhansk: Noulidzh [in Ukrainian].
4. Sakhno, V.P., Stelmaschuk, V.V., & Pazin, R.V. (2018). Vyznachennia parametriv stiikosti avtovoza z prytsepom katehorii O2. Systemy i srodki transportu samochodowego. Wybrane zagadnienia. Seria: Transport, 15, 93–102 [in Ukrainian].
5. Stelmaschuk, V.V., & Pazin, R.V. (2016). Do pytannia komplektatsii avtovoza z prytsepom katehorii O2. Visnyk Mashynobuduvannia ta Transportu, 2, 97–105 [in Ukrainian].
6. Sakhno, V.P., Kuznetsov, R.M., Stelmaschuk, V.V., & Kozachuk, L.S. (2014). Do vyznachennia pokaznykiv stiikosti avtovoza katehorii M1 u perekhidnykh rezhymakh rukhu. Suchasni tekhnolohii v mashynobuduvanni i transporti, 2, 123–128. Lutsk: Lutsk NTU [in Ukrainian].
7. Islam, M., & He, Y. (2013). A parallel design optimisation method for articulated heavy vehicles with active safety systems. International Journal of Heavy Vehicle Systems, 20, 327–341.
8. De Bernardis, M., Rini, G., Bottiglione, F., Hartavi, A.E., & Sorniotti, A. (2023). On nonlinear model predictive direct yaw moment control for trailer sway mitigation. Vehicle System Dynamics, 61(2), 445–471. DOI:10.1080/00423114.2022.2054352.
9. Shamim, R., Islam, M., & He, Y. (2011). A comparative study of active control strategies for improving lateral stability of car-trailer systems. SAE Technical Paper, 2011-01-0959.
10. Wang, W., Fan, J., Xiong, R., et al. (2016). Lateral stability control of four wheels independently drive articulated electric vehicle. IEEE Transportation Electrification Conference and Expo.
11. AL-KO. (2021). Comprehensive catalogue trailer components. Part No. 499 699 B, Edition 06/2021.
12. Sakhno, V.P., Polyakov, V.M., Sharai, S.M., & Chovcha, I.S. (2021). Vplyv polozhennia tsentra mas prytsepa katehorii O1 na stiikistʹ rukhu avtovoza. Visnyk Mashynobuduvannia ta Transportu, 2(14), 111–120. DOI:10.31649/2413-4503-2021-14-2-111-120 [in Ukrainian].
13. Deng, W., & Kang, X. (2003). Parametric study on vehicle-trailer dynamics for stability control. SAE Technical Paper, 2003-01-1321.
14. Astolfi, A., Bolzern, P., & Locatelli, A. (2004). Path-tracking of a tractor-trailer vehicle along rectilinear and circular paths: A Lyapunov-based approach. IEEE Transactions on Robotics and Automation, 20(1), 154–160.
15. Galluppi, O., Formentin, S., Novara, C., & Savaresi, S.M. (2017). Nonlinear stability control of autonomous vehicles: a MIMO D2-IBC solution. IFAC-PapersOnLine, 50(1), 3691–3696.
16. Kozachuk, L.S. (2014). Do vyznachennia stiikosti rukhu avtovoza katehorii M1. Visnyk Zhytomyrsʹkoho derzhavnoho tekhnolohichnoho universytetu, 2(69), 121–128 [in Ukrainian].
17. Sakhno, V.P., Zaviailova, L.I., Nesterenko, M.P., & Lahoshna, O.O. (2007). Doslidzhennia vplyvu kilʹkosti nekerovanykh kolisnykh osei na oblastʹ stiikosti priamoliniiho rukhu bahatovisnoho avtomobilia. Visnyk Natsionalʹnoho Transportnoho Universytetu, 14, 164–169 [in Ukrainian].
18. Sakhno, V.P., Zaviailova, L.I., Nesterenko, M.P., & Lahoshna, O.O. (2006). Shliakhy pidvyshchennia stiikosti rukhu bahatovisnoho avtomobilia. Visnyk Skhidnoukrainsʹkoho natsionalʹnoho universytetu imeni V. Dalia, 7(101), 91–94 [in Ukrainian].
19. Sakhno, V.P., Stelmaschuk, V.V., & Pazin, R.V. (2018). Manevrenistʹ avtovoza z prytsepom katehorii O2. Visnyk Natsionalʹnoho Transportnoho Universytetu. Seriia: Tekhnichni nauky, 3(42), 113–126 [in Ukrainian].
20. Sakhno, V.P., Polyakov, V.M., Sharai, S.M., Murovanyi, I.S., & Omelnytskyi, Ye.O. (2021). Sharniurno-zchlenovani avtobusy. Manevrenistʹ ta stiikistʹ: Monohrafiia. Lutsk: IVV Lutsk NTU. 288 p. [in Ukrainian].
21. Timkov, O.M. (2003). Vyznachennia pokaznykiv manevrenosti prytsepnoho avtovoza z nablyzhenymy osiami prytsepa. Visnyk NTU, 8, 325–327 [in Ukrainian].
Citations
1. Vempaty S., Zhao L., He Y. An Overview of Control Schemes for Improving the Lateral Stability of Car-Trailer Combinations. International Journal of Vehicle Performance. January 2020. 45 с. DOI: 10.1504/IJVP.2020.10028995.
2. He Y., Islam M.M. An automated design method for active trailer steering systems of articulated heavy vehicles. ASME Journal of Mechanical Design. 2012. Vol. 134/041002. С. 1–15.
3. Вербицький В. Г., Сахно В. П., Кравченко А. П., Костенко А. В., Даниленко А. Е. Автомобілі. Стійкість. Луганськ: Ноулидж, 2013.
4. Сахно В. П., Стельмащук В. В., Пазін Р. В. Визначення параметрів стійкості автопоїзда з причепом категорії О2. Systemy і srodki transportu samochodowego. Wybrane zagadnienia. Seria: Transport. Rzeszow, 2018. № 15. С. 93–102.
5. Стельмащук В. В., Пазін Р. В. До питання комплектації автопоїзда з причепом категорії О2. Вісник Машинобудування та транспорту. 2016. № 2. С. 97–105.
6. Сахно В. П., Кузнєцов Р. М., Стельмащук В. В., Козачук Л. С. До визначення показників стійкості автопоїзда категорії М1 у перехідних режимах руху. Сучасні технології в машинобудуванні і транспорті. Луцьк: Луцький НТУ, 2014. № 2. С. 123–128.
7. Islam M., He Y. A parallel design optimisation method for articulated heavy vehicles with active safety systems. International Journal of Heavy Vehicle Systems. 2013. Vol. 20. С. 327–341.
8. De Bernardis M., Rini G., Bottiglione F., Hartavi A. E., Sorniotti A. On nonlinear model predictive direct yaw moment control for trailer sway mitigation. Vehicle System Dynamics. 2023. Vol. 61, № 2. С. 445–471. DOI: 10.1080/00423114.2022.2054352.
9. Shamim R., Islam M., He Y. A comparative study of active control strategies for improving lateral stability of car-trailer systems. SAE Technical Paper, 2011-01-0959, 2011.
10. Wang W., Fan J., Xiong R., та ін. Lateral stability control of four wheels independently drive articulated electric vehicle. IEEE Transportation Electrification Conference and Expo, 2016.
11. AL-KO. Comprehensive catalogue trailer components. Part No. 499 699 B. Edition 06/2021.
12. Сахно В. П., Поляков В. М., Шарай С. М., Човча І. С. Вплив положення центра мас причепа категорії О1 на стійкість руху автопоїзда. Вісник машинобудування та транспорту. 2021. № 2(14). С. 111–120. DOI: 10.31649/2413-4503-2021-14-2-111-120.
13. Deng W., Kang X. Parametric study on vehicle-trailer dynamics for stability control. SAE Technical Paper 2003-01-1321, 2003.
14. Astolfi A., Bolzern P., Locatelli A. Path-tracking of a tractor-trailer vehicle along rectilinear and circular paths: A Lyapunov-based approach. IEEE Transactions on Robotics and Automation. 2004. Vol. 20, № 1. С. 154–160.
15. Galluppi O., Formentin S., Novara C., Savaresi S. M. Nonlinear stability control of autonomous vehicles: a MIMO D2-IBC solution. IFAC-PapersOnLine. 2017. Vol. 50, Issue 1. С. 3691–3696.
16. Козачук Л. С. До визначення стійкості руху автопоїзда категорії М1. Вісник Житомирського державного технологічного університету. 2014. Вип. 2(69). С. 121–128.
17. Сахно В. П., Зав’ялова Л. І., Нестеренко М. П., Лагошна О. О. Дослідження впливу кількості некерованих колісних осей на область стійкості прямолінійного руху багатовісного автомобіля. Вісник Національного транспортного університету. 2007. Вип. 14. С. 164–169.
18. Сахно В. П., Зав’ялова Л. І., Нестеренко М. П., Лагошна О. О. Шляхи підвищення стійкості руху багатовісного автомобіля. Вісник Східноукраїнського національного університету імені В. Даля. 2006. № 7(101). С. 91–94.
19. Сахно В. П., Стельмащук В. В., Пазін Р. В. Маневреність автопоїзда з причепом категорії О2. Вісник Національного транспортного університету. Серія: Технічні науки. 2018. Вип. 3(42). С. 113–126.
20. Сахно В. П., Поляков В. М., Шарай С. М., Мурований І. С., Омельницький Є. О. Шарнірно-зчленовані автобуси. Маневреність та стійкість: монографія. Луцьк: ІВВ Луцького НТУ, 2021. 288 с.
21. Тімков О. М. Визначення показників маневреності причіпного автопоїзда з наближеними осями причепа. Вісник НТУ. 2003. № 8. С. 325–327.