非關(guān)聯(lián)懸架三軸牽引汽車的軸核計(jì)算研究

楊銀輝 袁文強(qiáng) 劉曉敏 申國(guó)偉 冀正烈

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(duì)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(guò)ADAMS虛擬樣機(jī)驗(yàn)證了理論方程法計(jì)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)證中圖分類號(hào)：U467 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：1671-7988（2019）01-85-03

Research on Axles Load Computation of Non-associated SuspensionTri-axles Tractor Vehicle

Yang Yinhui， Yuan Wenqiang， Liu Xiaomin， Shen Guowei， Ji Zhenglie

（Shaanxi Heavy Duty Automobile Co.，?Ltd， Shaanxi Xi'an 710200）

Abstract：?Taking a 6×2 double front axle tractor as an example， combined with the “deformation coordination” and torque balance principle， the mathematical model of the non-associative suspension tri-axles tractor is established. Using matlab programming data analysis， different wheelbases are studied. The influence of suspension stiffness， saddle placement position and the difference of suspension height of each axle on the axle core provides a theoretical basis for the rational distribution of the axle core.?Furthermore， the accuracy of calculating axle load by the theoretical equation method is verified by ADAMS virtual prototype. The analysis results show that the error can be controlled within 7%.Keywords： vehicle with non-associated suspension; axles load; matlab; influencing factors;?virtual verificationCLC NO.： U467 ?Document Code： B ?Article ID：?1671-7988（2019）01-85-03

前言

近年，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展及市場(chǎng)需求變化，用戶對(duì)大馬力汽車需求呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，特別以牽引車為主。但在產(chǎn)品開發(fā)中也出現(xiàn)一些問(wèn)題，如雙前軸的三軸牽引車由于采用單驅(qū)動(dòng)后橋，軸核分配不合理時(shí)，存在車輛空載打滑、重載時(shí)單軸超載引起板簧發(fā)軟、轉(zhuǎn)向沉重等諸多質(zhì)量問(wèn)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(duì)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(jì)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(wú)法通過(guò)靜力平衡計(jì)算軸核，屬于超靜定問(wèn)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(shí)，需將輪胎及鋼板彈簧作為彈性元件計(jì)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(jì)算。本文將6×2雙前軸牽引主車簡(jiǎn)化為如圖1所示模型。

在計(jì)算非關(guān)聯(lián)三軸車輛軸核時(shí)，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(jì)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(jì)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(jì)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(duì)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(duì)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(yǔ)言編程對(duì)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(shí)軸核分配影響

在已知三軸牽引車時(shí)，為保證產(chǎn)品的可靠性及零件通用性，僅通過(guò)調(diào)整懸架高度改善軸核分配，通過(guò)對(duì)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(shí)，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(shí)，一、三軸軸核增加，二軸軸核減小，對(duì)于改善驅(qū)動(dòng)橋（即三軸），一軸比二軸安裝高度高時(shí)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(shí)軸核分配影響

考慮到整車長(zhǎng)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(shì)。

對(duì)于牽引車來(lái)說(shuō)，鞍座的布置對(duì)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(shì)。

如非關(guān)聯(lián)式三軸車懸架設(shè)計(jì)的不合理，很容易導(dǎo)致某一軸軸核過(guò)大或過(guò)小，對(duì)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(guò)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(shì)。

在保證車輛可靠性前提下，通過(guò)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(guò)改變一、二軸懸架剛度時(shí)，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(shì);由圖9可知，三軸懸架復(fù)合剛度的變化對(duì)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

為驗(yàn)證上述方程計(jì)算軸核精度，進(jìn)一步在ADAMS中建立非關(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(guò)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(dòng)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(guò)在鞍座處施加載荷。驗(yàn)證靜載平衡方程與多體動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算軸核差異，在鞍座處施加16000kg時(shí)，針對(duì)某種工況得出兩種計(jì)算方法各軸軸核差異見表1。

從計(jì)算結(jié)果可知，虛擬仿真與理論方程計(jì)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(jì)對(duì)軸核計(jì)算精度需要，因此簡(jiǎn)化模型的軸核計(jì)算可為產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(guò)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(duì)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(duì)于軸核影響較小，鞍座布置及一、二軸懸架高度差對(duì)于軸核影響較大;進(jìn)一步通過(guò)ADAMS虛擬樣機(jī)驗(yàn)證了理論方程法計(jì)算軸核的精度，誤差可控制在7%以內(nèi)。因此，通過(guò)簡(jiǎn)化模型進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)及軸核的校核，可基本滿足工程設(shè)計(jì)需求。

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