非關(guān)聯(lián)懸架汽車軸核計算研究范文

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摘要：以某6×2雙前軸牽引車為例，結(jié)合“變形協(xié)調(diào)一致”和力矩平衡原理，建立非關(guān)聯(lián)式懸架三軸牽引車數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用MATLAB編程數(shù)據(jù)分析，研究了不同軸距、懸架剛度、鞍座布置位置、各軸懸架高度差對于軸核的影響規(guī)律，為該車軸核的合理分配提供理論依據(jù)；進(jìn)一步通過ADAMS虛擬樣機(jī)驗(yàn)證了理論方程法計算軸核的精度，分析結(jié)果表明誤差控制在7%以內(nèi)。

關(guān)鍵詞：非關(guān)聯(lián)懸架汽車；軸核；MATLAB；影響因素；虛擬驗(yàn)證

前言

近年，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展及市場需求變化，用戶對大馬力汽車需求呈增長趨勢，特別以牽引車為主。但在產(chǎn)品開發(fā)中也出現(xiàn)一些問題，如雙前軸的三軸牽引車由于采用單驅(qū)動后橋，軸核分配不合理時，存在車輛空載打滑、重載時單軸超載引起板簧發(fā)軟、轉(zhuǎn)向沉重等諸多質(zhì)量問題，為此，本文以某6×2雙前軸牽引車為基礎(chǔ)，建立三軸汽車負(fù)荷分配模型，對影響軸核的因素進(jìn)行了研究，為軸核優(yōu)化提供思路。

1計算模型建立及相關(guān)參數(shù)

兩軸車的軸核可根據(jù)靜力平衡方法獲得，非關(guān)聯(lián)三軸汽車無法通過靜力平衡計算軸核，屬于超靜定問題。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如將輪胎及懸架視為剛性支撐，運(yùn)用超靜定力法或位移法求解，結(jié)果與實(shí)際軸核差異很大，為此在建立模型時，需將輪胎及鋼板彈簧作為彈性元件計算，但車架剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于彈性支撐剛度，可視為剛體進(jìn)行計算。本文將6×2雙前軸牽引主車簡化為如圖1所示模型。在計算非關(guān)聯(lián)三軸車輛軸核時，需結(jié)合幾何參數(shù)，引入變形協(xié)調(diào)方程才可求解。為保證計算準(zhǔn)確性，以整備質(zhì)量軸核試驗(yàn)數(shù)據(jù)為輸入。并建立整車的軸核計算模型，如圖2所示。結(jié)合圖1、圖2，根據(jù)力矩平衡原理及力學(xué)變形協(xié)調(diào)，可得以下計算方程：R1+R2+R3=G（1）R2'*L1+R3'*L2=G'*(L2-L)（2）((R3-m3-k31*s)/k32+s-(R1-R1'-m1)/k31-(R1-m1)/k1)/(((R2-m2)/k2+a-(R1-m1)/k1)=L2/L1（3）式中：R1、R2、R3—一、二、三軸軸核；R1'、R2'、R3'—一、二、三軸簧載反作用力；m1、m2、m3—一、二、三軸非簧載質(zhì)量；k1、k2—一、二軸懸架剛度；k31—三軸主簧懸架剛度；k32—三軸懸架復(fù)合剛度；L1—一、二軸軸距；L2—一、三軸軸距；s—副簧接觸距；a—一、二軸懸架安裝高度差值；L—鞍座前置距；G—車貨總質(zhì)量；G'—鞍座壓載質(zhì)量。

2各影響因素對靜態(tài)軸核影響

非關(guān)聯(lián)式三軸牽引車的軸核分配的影響因素較多，主要的因素有：軸距、懸架安裝尺寸、懸架剛度、鞍座前置距等。針對本文所研究的非關(guān)聯(lián)式三軸牽引車，基于已知底盤整備質(zhì)量條件下，利用MATLAB語言編程對不同影響因素進(jìn)行研究分析，合理分配軸核，改善車輛行駛，避免打滑等。

2.1空載時軸核分配影響在已知三軸牽引車時，為保證產(chǎn)品的可靠性及零件通用性，僅通過調(diào)整懸架高度改善軸核分配，通過對于空載狀態(tài)軸核研究，結(jié)合圖3、圖4，二軸比一軸安裝高度高時，一、三軸軸核減小，二軸軸核增加；反之一軸比二軸安裝高度高時，一、三軸軸核增加，二軸軸核減小，對于改善驅(qū)動橋（即三軸），一軸比二軸安裝高度高時有利，增加二軸的高度差不利。因此，經(jīng)濟(jì)的改善三軸軸核，可適當(dāng)增加一軸懸架安裝高度，但合理的安裝高度還需結(jié)合其他因素分析確定。

2.2滿載時軸核分配影響考慮到整車長度尺寸受法規(guī)限制，合理布置一、二軸軸距也可改善軸核分配。根據(jù)圖5所示，在懸架剛度、安裝尺寸及鞍載質(zhì)量不變條件下，隨著一、二軸軸距的增加，一軸、三軸軸核呈遞減，二軸軸核呈遞增趨勢。對于牽引車來說，鞍座的布置對于整車軸核分配影響較大，在懸架剛度、安裝尺寸及鞍載載荷不變條件下，根據(jù)圖6所示，隨著鞍座前置距的增加，一軸、二軸軸核呈遞增，三軸軸核則呈遞減趨勢。如非關(guān)聯(lián)式三軸車懸架設(shè)計的不合理，很容易導(dǎo)致某一軸軸核過大或過小，對于行車不利，為此，在假定一、二、三軸的軸距、懸架剛度及鞍載載荷不變條件下，僅通過改變一、二軸安裝高度差，如圖7所示，隨著一、二軸安裝高度差的增加（此處一軸相比二軸高），一軸、三軸軸核呈遞增，二軸軸核則呈遞減趨勢。在保證車輛可靠性前提下，通過改變懸架剛度也可改善非關(guān)聯(lián)式三軸車軸核分配，如圖8所示在假定一、二、三軸的軸距、懸架安裝尺寸及鞍載質(zhì)量不變條件下，僅通過改變一、二軸懸架剛度時，隨著一、二軸懸架剛度的增加，一軸、三軸的軸核遞減，二軸軸核呈增加趨勢；由圖9可知，三軸懸架復(fù)合剛度的變化對于一、二、三軸的軸核影響不明顯。

3模型驗(yàn)證

3.1模型建立關(guān)聯(lián)6×2牽引車的柔性體模型，首先在鋼板彈簧工具箱leaftool中分別建立前后板簧的柔性體模型，然后再建立車架、輪胎、鞍座等模型，子系統(tǒng)之間通過約束連接并進(jìn)行裝配，參數(shù)與原車保持一致，建立完后的仿真動力學(xué)模型如圖10所示。

3.2虛擬模型驗(yàn)證設(shè)置與原車相同尺寸、質(zhì)量、剛度等參數(shù)，通過在鞍座處施加載荷。驗(yàn)證靜載平衡方程與多體動力學(xué)仿真計算軸核差異，在鞍座處施加16000kg時，針對某種工況得出兩種計算方法各軸軸核差異見表1。從計算結(jié)果可知，虛擬仿真與理論方程計算的軸核存在差異，但誤差范圍在7%以內(nèi)，在一定范圍內(nèi)能夠滿足工程設(shè)計對軸核計算精度需要，因此簡化模型的軸核計算可為產(chǎn)品設(shè)計及開發(fā)提供理論支持。

4結(jié)論

本文以某6×2雙前軸牽引主車為例，通過建立非關(guān)聯(lián)式三軸牽引車數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用MATLAB編程數(shù)據(jù)分析了不同因素對軸核分配的影響，研究結(jié)果表明,在保持整車參數(shù)不變情況下，軸距及懸架剛度對于軸核影響較小，鞍座布置及一、二軸懸架高度差對于軸核影響較大；進(jìn)一步通過ADAMS虛擬樣機(jī)驗(yàn)證了理論方程法計算軸核的精度，誤差可控制在7%以內(nèi)。因此，通過簡化模型進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計及軸核的校核，可基本滿足工程設(shè)計需求。

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作者：楊銀輝 袁文強(qiáng) 劉曉敏 申國偉 冀正烈 單位：陜西重型汽車有限公司