某型軍用車輛懸架參數(shù)匹配

周良生 雷盼飛 / .軍事交通運(yùn)輸研究所 .軍事交通學(xué)院研究生管理大隊(duì)

某型軍用車輛懸架參數(shù)匹配

周良生1雷盼飛2/ 1.軍事交通運(yùn)輸研究所 2.軍事交通學(xué)院研究生管理大隊(duì)

針對某型軍用車輛在布滿砂石的路面上高速行駛時存在振動和沖擊較大的問題，通過建立半車行駛的動力學(xué)模型，在以懸架動撓度為限制值的匹配方法的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行動力學(xué)仿真分析。結(jié)果表明，優(yōu)化匹配的結(jié)果能夠滿足車輛的平順性和操作穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)需要，這說明了在使用以上參數(shù)匹配方法的基礎(chǔ)上的軍用車輛懸架設(shè)計(jì)的科學(xué)性。

懸架參數(shù)匹配方法；軍用車輛；懸掛擊穿

引言

對于軍用的越野車輛，行駛的路面條件大多比較惡劣，所以其平順性與操作穩(wěn)定性尤其重要。車輛的懸架作為重要的隔振裝置，能夠?qū)碜月访娴恼駝佑行Ц綦x和衰減，是整車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本文利用多體動力學(xué)仿真ADAMS軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。考慮到軍用車輛行駛的路面較為惡劣，采用懸架動撓度為限值的匹配方法進(jìn)行對懸架參數(shù)的優(yōu)化，并且在時域內(nèi)做了動力學(xué)仿真檢驗(yàn)。

1.車輛的基本參數(shù)和懸架設(shè)計(jì)的要求

1.1 車輛基本相關(guān)參數(shù)

前輪簧載質(zhì)量fM為2219kg，前輪非簧載質(zhì)量mf為370kg，整車簧載質(zhì)量為4990kg，車體質(zhì)心到前后軸的距離為a=1.70m，b=1.40m，前懸架剛度系數(shù)為145，后懸架剛度系數(shù)為220，限制器等效剛度Klim為1530，后輪簧載質(zhì)量rM為2656kg，后輪非簧載質(zhì)量mr為390kg，簧載質(zhì)量俯仰轉(zhuǎn)動慣量Iy約為1.4E+04，前后懸架動行程為減震器拉伸系數(shù)為13，減震器壓縮系數(shù)為4.4，輪胎徑向等效剛度Ktir約為

1.2 軍用輪式車輛懸架設(shè)計(jì)要求

行駛路面為典型的砂土起伏越野路面，質(zhì)心位置垂直加速度均方根值ca要小于等于0.6g，前、后輪上方車體位置垂直加速度均方根值af要小于等于1.0g，ra要小于等于1.0g，車體俯仰角速度yω要小于等于減振器壓縮阻尼系數(shù)與拉伸阻尼系數(shù)比要在0.25到0.5之間，越野速度v不能小于前、后輪動載系數(shù)fλ和rλ不能小于3，前后輪上方車體位置垂直加速度極值afmax和要小于等于2.5g，質(zhì)心位置垂直加速度極值 ca要小于等于2.5g。

在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)該車型的車在這樣的典型路面上行駛的速度超過45km/h時，前、后輪上方車體的垂直加速度迅速增大，當(dāng)速度為60km/h時，這兩個位置加速度的極值為18.2g和21.1g，均方根值為1.4g和1.6g，超過了安全范圍。因此有必要對懸掛系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

在試驗(yàn)后，得到了駕駛員和后輪正上方的載員的反饋，發(fā)現(xiàn)在典型砂土起伏越野路面上以高速度行駛時，車體有受到高頻次的沖擊。出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象很可能是在行駛過程中懸掛和車體上安裝的彈性限制器之間發(fā)生了劇烈的剛性碰撞，進(jìn)而產(chǎn)生了巨大的沖擊力。通過建立半車行駛動力學(xué)模型進(jìn)行仿真試驗(yàn)，來分析驗(yàn)證這種現(xiàn)象發(fā)生的原因，并提出調(diào)整方案。

2.動力學(xué)仿真及結(jié)果分析

對1/2車輛模型進(jìn)行動力學(xué)仿真分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)車速為30km/h時，懸架動撓度迅速增加，且前、后輪上方車體位置垂直加速度也迅速增加，最大的值已超過了設(shè)計(jì)要求的2.5g；當(dāng)車速為45km/h時，就發(fā)生了懸掛擊穿的現(xiàn)象；當(dāng)車速為60km/h時，前、后懸架撓度均方根值已超過了40mm，增加了懸架擊穿的可能性，進(jìn)而使車輪離地的可能性大大增加，同時對車上人員的舒適性產(chǎn)生了巨大的影響。這一結(jié)果表明，隨著車速的增加，懸掛系統(tǒng)出現(xiàn)擊穿的概率不斷增加，當(dāng)前的懸掛系統(tǒng)并不能滿足車輛的行駛穩(wěn)定性和平順性要求。所以，應(yīng)基于其行駛特點(diǎn)對懸架參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化匹配，盡可能地使實(shí)際運(yùn)行參數(shù)達(dá)標(biāo)。當(dāng)懸架工作空間滿足要求時，懸架頻率越低，進(jìn)而舒適性也會提高。當(dāng)路面條件變得惡劣時，若提高車速，使用低剛度的懸架會產(chǎn)生懸掛擊穿現(xiàn)象，從而車輛的振動幅度大大增加，平順性和操穩(wěn)性都被破壞。

3.懸架參數(shù)優(yōu)化匹配

剛度與阻尼是懸架性能的最重要的兩個參數(shù)，其對車輛的行駛性能和平順性有重要的影響，考慮到懸掛擊穿現(xiàn)象的發(fā)生，因此首先將剛度參數(shù)作為優(yōu)化變量。

3.1 剛度匹配

本文所使用的匹配方法是在使用懸架動撓度為限值的匹配方法。將路面譜作為輸入，進(jìn)行系統(tǒng)仿真，限定懸架動行程的基礎(chǔ)上，確定懸置剛度范圍，確保懸架擊穿的頻率發(fā)生在一定頻率內(nèi)，在此基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化算法確定最佳的剛度參數(shù)。為使維修盡可能方便，前、后懸架應(yīng)使用同樣的減振器。同時，根據(jù)“三西格瑪”原則，懸架動撓度的限值應(yīng)為-120mm到+120mm，且在擊穿發(fā)生的概率小于0.3%時，懸架動撓度的均方根值要小于40mm。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)以懸架動撓度的均方根值小于40mm為約束條件時，對應(yīng)的前后懸架理想剛度分別為250kN/m和300kN/m。另外，懸架動撓度隨著其懸架剛度的增加而減小，車輛俯仰角速度的均方根值隨之增加。這表明，懸架剛度的變化會對車輛的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。當(dāng)對懸架剛度進(jìn)行優(yōu)化后，質(zhì)心和前后輪上方車體位置受到?jīng)_擊的可能性以及垂直加速度都會降低，高速行駛的車輛的平順性和操穩(wěn)性也會明顯提升，擊穿發(fā)生的概率則大大減小。

3.2 阻尼匹配

隨著阻尼配比的減小，不同位置的加速度、懸架動撓度、角速度以及相對動載系數(shù)都在減小，進(jìn)而，車輛離地的可能性會增大，阻尼配比值為1到3時，各指標(biāo)的變化幅度會減小。這就表明，阻尼配比對懸架特性的影響不如剛度配比對懸架特性的影響大，其對于車輛振動的改善效果不是很明顯。通過對不同優(yōu)化結(jié)果的比較可知，在進(jìn)行了這兩方面的優(yōu)化后，擊穿現(xiàn)象已經(jīng)基本可以避免了，且在特殊位置的加速度有明顯降低，其中最大值的減小幅度最明顯，同時，也使振動水平不大于24.5m/s2。可當(dāng)車輛行駛的速度大于45km/h時，車輪離地的概率比優(yōu)化前提高了近一倍，同樣車輪相對動載系數(shù)也增加了近一倍，雖然其還在允許的范圍內(nèi)，但這樣的增加趨勢使車輛的安全性得不到保障。

4.結(jié)束語

本文通過采用懸架動撓度為限值的匹配方法進(jìn)行對懸架參數(shù)的優(yōu)化，這樣的方法較以前的相對簡單，仿真試驗(yàn)的結(jié)果與之前的相比，具有一致性較好的特點(diǎn)。通過研究和改進(jìn)，軍用車輛的平順性和操穩(wěn)性有很大的提升，對軍用車輛的設(shè)計(jì)研究有一定參考意義。

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