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非关联悬架汽车轴核计算研究

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摘要:以某6×2双前轴牵引车为例,结合“变形协调一致”和力矩平衡原理,建立非关联式悬架三轴牵引车数学模型,运用MATLAB编程数据分析,研究了不同轴距、悬架刚度、鞍座布置位置、各轴悬架高度差对于轴核的影响规律,为该车轴核的合理分配提供理论依据;进一步通过ADAMS虚拟样机验证了理论方程法计算轴核的精度,分析结果表明误差控制在7%以内。

关键词:非关联悬架汽车;轴核;MATLAB;影响因素;虚拟验证

前言

近年,随着经济发展及市场需求变化,用户对大马力汽车需求呈增长趋势,特别以牵引车为主。但在产品开发中也出现一些问题,如双前轴的三轴牵引车由于采用单驱动后桥,轴核分配不合理时,存在车辆空载打滑、重载时单轴超载引起板簧发软、转向沉重等诸多质量问题,为此,本文以某6×2双前轴牵引车为基础,建立三轴汽车负荷分配模型,对影响轴核的因素进行了研究,为轴核优化提供思路。

1计算模型建立及相关参数

两轴车的轴核可根据静力平衡方法获得,非关联三轴汽车无法通过静力平衡计算轴核,属于超静定问题。根据相关经验数据,如将轮胎及悬架视为刚性支撑,运用超静定力法或位移法求解,结果与实际轴核差异很大,为此在建立模型时,需将轮胎及钢板弹簧作为弹性元件计算,但车架刚度远远大于弹性支撑刚度,可视为刚体进行计算。本文将6×2双前轴牵引主车简化为如图1所示模型。在计算非关联三轴车辆轴核时,需结合几何参数,引入变形协调方程才可求解。为保证计算准确性,以整备质量轴核试验数据为输入。并建立整车的轴核计算模型,如图2所示。结合图1、图2,根据力矩平衡原理及力学变形协调,可得以下计算方程: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、三轴轴核;R1'、R2'、R3'—一、二、三轴簧载反作用力;m1、m2、m3—一、二、三轴非簧载质量;k1、k2—一、二轴悬架刚度;k31—三轴主簧悬架刚度;k32—三轴悬架复合刚度;L1—一、二轴轴距;L2—一、三轴轴距;s—副簧接触距;a—一、二轴悬架安装高度差值;L—鞍座前置距;G—车货总质量;G'—鞍座压载质量。

2各影响因素对静态轴核影响

非关联式三轴牵引车的轴核分配的影响因素较多,主要的因素有:轴距、悬架安装尺寸、悬架刚度、鞍座前置距等。针对本文所研究的非关联式三轴牵引车,基于已知底盘整备质量条件下,利用MATLAB语言编程对不同影响因素进行研究分析,合理分配轴核,改善车辆行驶,避免打滑等。

2.1空载时轴核分配影响在已知三轴牵引车时,为保证产品的可靠性及零件通用性,仅通过调整悬架高度改善轴核分配,通过对于空载状态轴核研究,结合图3、图4,二轴比一轴安装高度高时,一、三轴轴核减小,二轴轴核增加;反之一轴比二轴安装高度高时,一、三轴轴核增加,二轴轴核减小,对于改善驱动桥(即三轴),一轴比二轴安装高度高时有利,增加二轴的高度差不利。因此,经济的改善三轴轴核,可适当增加一轴悬架安装高度,但合理的安装高度还需结合其他因素分析确定。

2.2满载时轴核分配影响考虑到整车长度尺寸受法规限制,合理布置一、二轴轴距也可改善轴核分配。根据图5所示,在悬架刚度、安装尺寸及鞍载质量不变条件下,随着一、二轴轴距的增加,一轴、三轴轴核呈递减,二轴轴核呈递增趋势。对于牵引车来说,鞍座的布置对于整车轴核分配影响较大,在悬架刚度、安装尺寸及鞍载载荷不变条件下,根据图6所示,随着鞍座前置距的增加,一轴、二轴轴核呈递增,三轴轴核则呈递减趋势。如非关联式三轴车悬架设计的不合理,很容易导致某一轴轴核过大或过小,对于行车不利,为此,在假定一、二、三轴的轴距、悬架刚度及鞍载载荷不变条件下,仅通过改变一、二轴安装高度差,如图7所示,随着一、二轴安装高度差的增加(此处一轴相比二轴高),一轴、三轴轴核呈递增,二轴轴核则呈递减趋势。在保证车辆可靠性前提下,通过改变悬架刚度也可改善非关联式三轴车轴核分配,如图8所示在假定一、二、三轴的轴距、悬架安装尺寸及鞍载质量不变条件下,仅通过改变一、二轴悬架刚度时,随着一、二轴悬架刚度的增加,一轴、三轴的轴核递减,二轴轴核呈增加趋势;由图9可知,三轴悬架复合刚度的变化对于一、二、三轴的轴核影响不明显。

3模型验证

3.1模型建立关联6×2牵引车的柔性体模型,首先在钢板弹簧工具箱leaftool中分别建立前后板簧的柔性体模型,然后再建立车架、轮胎、鞍座等模型,子系统之间通过约束连接并进行装配,参数与原车保持一致,建立完后的仿真动力学模型如图10所示。

3.2虚拟模型验证设置与原车相同尺寸、质量、刚度等参数,通过在鞍座处施加载荷。验证静载平衡方程与多体动力学仿真计算轴核差异,在鞍座处施加16000kg时,针对某种工况得出两种计算方法各轴轴核差异见表1。从计算结果可知,虚拟仿真与理论方程计算的轴核存在差异,但误差范围在7%以内,在一定范围内能够满足工程设计对轴核计算精度需要,因此简化模型的轴核计算可为产品设计及开发提供理论支持。

4结论

本文以某6×2双前轴牵引主车为例,通过建立非关联式三轴牵引车数学模型,运用MATLAB编程数据分析了不同因素对轴核分配的影响,研究结果表明,在保持整车参数不变情况下,轴距及悬架刚度对于轴核影响较小,鞍座布置及一、二轴悬架高度差对于轴核影响较大;进一步通过ADAMS虚拟样机验证了理论方程法计算轴核的精度,误差可控制在7%以内。因此,通过简化模型进行产品设计及轴核的校核,可基本满足工程设计需求。

参考文献

[1]余志生.汽车理论[M](第4版).北京:机械工业出版社,2006.

[2]柴新伟,杨世文.三轴汽车轴核计算及轴距选择[J].机械管理开发,2010(2)53~54.

[3]陈耀明.汽车悬架论文集[M].苏州大学出版社,2012.

[4]江勋,魏蕾蕾,阮仁新.非关联式悬架三轴汽车制动性能计算方法的研究[C].2009中国汽车工程学会年会论文集.2009:1262~1269.

[5]陈军.MSC.ADAMS技术与工程分析实例分析应用实例[M].中国水利水电出版社,2008.

作者:杨银辉 袁文强 刘晓敏 申国伟 冀正烈 单位:陕西重型汽车有限公司

汽车观察杂志责任编辑:张雨    阅读:人次
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