某越野車越壕能力計算

朱利超，章健國，周云波

（安徽江淮汽車股份有限公司商用車研究院，安徽 合肥 230601）

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某越野車越壕能力計算

朱利超，章健國，周云波

（安徽江淮汽車股份有限公司商用車研究院，安徽 合肥 230601）

摘 要：基于8×8越野車獨立懸架匹配計算，各種參數的設定均為理想狀態，整車質心為在數模中計算所得，彈簧剛度取滿載時的剛度，忽略越壕過程中的剛度變化，且整車軸荷為估算值。通過設定不同地面摩擦系數的情況下，建立數學模型，計算第一、第三軸越壕寬度以及各軸所需驅動力。該計算方法也適用于輕、中型越野車越壕能力計算。

關鍵詞：越壕寬度；驅動力；計算方法；車輛機動性能

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.044

CLC NO.: U467.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)02-121-03

前言

隨著汽車技術水平的不斷進步，越野車使用環境的多樣化、復雜化程度也在不斷加重，因此對越野車機動性的要求也在不斷提高。越壕能力作為評價越野車機動性高低的關鍵指標之一，對越野車行走系統的匹配設計也提出了更高的要求，懸架結構設計和驅動力分配的合理性是決定越野車越壕能力高低的關鍵因素。本文以8×8全獨立懸架車輛為例，討論越壕能力的計算。

1、8×8越野車越壕數學模型建立

圖1為8×8全獨立懸架車輛，該車左右對稱，可簡化為圖1～圖3所示的1/2模型，設第1橋至第2橋、3橋、4橋的軸距依次為L1,L2,L3,忽略阻尼將獨立懸架簡化為彈簧，整車質量簡化為集中質量。假設各橋的懸架剛度為k，由于越壕時重心移動，各橋承載變形量不等，設各橋懸架彈簧變形量為y1,y2,y3,y4,且設作用在各車輪上的地面反力與懸架變形量成線性關系。為了分析各橋越壕能力的差異以及影響因素，分別建立第1～第4橋獨立懸架車輪物理模型。

1.1 整車模型

圖1 整車示意圖

以O1為坐標原點，建立坐標系X O1Y，由∑Fx=0、∑Fy=0和∑Mo1=0建立其力學平衡方程。

式中F1是臺階作用于第1橋車輪地面反作用力；F2、F3、F4分別是第2～第4橋車輪所受地面垂直反力；φ是地面附著系數；R輪胎半徑；L1,L2,L3為由前至后相鄰兩橋的軸距；a是整車質心到第1橋軸心距離；α是F1與水平面夾角。

由圖1及作用在各車輪上的地面發力與懸架變形量關系，可得如下方程式。

第1橋越臺階時，整車質心移動、軸荷重新分配導致各承載簧變形量不等，由各獨立懸架彈簧變形量與車輛結構參數關系可得如下補充方程。

將式（3）代入式（4）得關于各橋輪胎所受地面反作用力與車輛結構參數及越壕能力表達式的補充方程。

由以上方程式和力學平衡原理得出各橋受力示意圖。

1.2 第1橋越壕模型

圖2 第1橋越壕示意圖

根據圖1、圖2，以及式1-式5，將越壕寬度計算轉換成越過臺階高度計算。

式中F1是臺階作用于第1橋車輪地面反作用力；F2、F3、F4分別是第2、第3和第4橋車輪所受地面反力；hc是整車質心到O1、O4連線的垂直距離；β是軸心O1、O4連線與水平面夾角，根據幾何關系得：

基于臨界狀態，F2=0，此時轉化成三軸車過臺階模型為：

其中sin(α-β)+φcos(α-β)=(sinα+φcosα)cosβ+(φsinα-cosα)sinβ根據圖1、圖2，以及式1～式5，將越壕寬度計算轉換成越過臺階高度計算，由該模型可求得變量F1、F2、F3、F4

和h數值。再由汽車理論與幾何函數算得：

1.3 第3橋越壕模型

圖3 第3橋越壕示意圖

由圖3可知，四軸車此時通過壕溝的臨界狀態為F4=0。這時可將四軸車轉化為三軸車通過臺階的型式，所以四軸車跨越壕溝的寬度數學模型為：

sin的解法同式（2），由于β很小，一般不大于5°，故sinβ可近似為/3tan=hL

α β以O4為坐標原點，將式（8）轉換為：

1.4 小結

根據圖1、圖2、圖3，以及式1～式9，將越壕寬度計算轉換成越過臺階高度計算，由該模型可分別求得兩種越壕狀態時變量F1、F2、F3、F4和h數值。再由汽車理論與幾何函數算得越壕溝寬度ld數學模型：

通過預先選定的L2、L3、L4、a、R、hc、φ及G的值，進行計算就可以得到h/R與φ之間的關系。

將式（7）、（8）計算出的h/R與φ進行比較找到hmin，代入式（10）得四軸車的越壕寬度：

但此時要保證，整車質心在2橋、3橋之間，Lmin為四軸中最小的軸距。

2、越壕寬度計算

某款8×8越野車越壕計算所需參數見表1：

表1 某款8×8越野車越壕計算所需參數表

越壕能力計算，代入方程式1～11，可以得到某車在不同附著系數越壕時的計算結果，以及所需要的各種扭矩，如表2、表3、表4所示。

表2 8×8車輛通過通過壕溝時的臺階高度計算值

表3 8×8車輛各軸通過壕溝寬度計算值

表4 8×8車輛各軸輪邊扭矩計算值

發動機可能傳至輪邊的總驅動力矩為193363，一軸跨越壕溝寬度2.685m，相當于0.758m的越障高度，此時附著系數為0.88。

發動機可能傳至輪邊的總驅動力矩為193363，三軸跨越壕溝寬度2.617m，相當于0.487m的越障高度，此時附著系數為0.99。

3、基于ADAMS的模型驗證

在ADAMS軟件中建立模型，進行動態分析及模擬計算結果見圖4和表5：

圖4 某款8×8越野車ADAMS模型

表5 某款8×8越野車一、三軸最大越壕礙寬度

4、結論

通過數學模型建立，理論計算分析8×8越野車越壕能力，并根據計算合理選擇懸架剛度和匹配各軸扭矩。模型中各種參數的設定均為理想狀態，整車質心為在數模中計算所得，彈簧剛度取滿載時的剛度，忽略越壕過程中的剛度變化，且整車軸荷為估算值。但通過ADAMS模擬分析，數據與理論計算誤差較小，表明此數學模型可以作為指導越壕能力的理論依據。

參考文獻

[1] 中華人民共和國國家標準.GB7258-2012.機動車運行安全技術條件.

[2] 成大先主編.機械設計手冊[M](第五版)第5卷.化學工業出版社.2008.

[3] 余志生主編,汽車理論[M](第三版),機械工業出版社,2000.

Calculation of Cross trench width of Off-road Vehicle

Zhu Lichao, Zhang Jianguo, Zhou Yunbo
（The Commercial vehicle academe of Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601）

Abstract:Matching calculation is based on 8×8 independent suspension off-road vehicles, Set various parameters are ideal state, The vehicle centroid is calculated with Modulus, Stiffness of the spring stiffness to take full load, ignoring the change of the stiffness in the process of over obstacle, and the vehicle axle load for the estimates. By setting the case where different ground friction coefficient, Mathematical model, Calculation of the first and the third axes cross trench width and the driving force required for each axis. This calculation method is also suitable for light and medium-sized sport utility vehicle crossing trench capability calculations.

Keywords:cross trench width; the driving force; computational methods; vehicle mobility

作者簡介：朱利超，就職于安徽江淮汽車股份有限公司商用車研究院。

中圖分類號：U467.4

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)02-121-03