非关联悬架汽车轴核计算研究范文

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

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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