李海波，王俊偉，居剛，高松

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

平衡懸架重卡承載系統(tǒng)對整車傳動系的影響

李海波，王俊偉，居剛，高松

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章基于ADAMS建立的平衡懸架重卡承載系統(tǒng)及傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)仿真模型，通過對承載系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整，分析了不同參數(shù)變化下對整車傳動系的影響，為平衡懸架系統(tǒng)的匹配設(shè)計提出新的設(shè)計依據(jù)，同時也為平衡懸架重卡的爬坡噪聲問題提出了一個理論解釋。

平衡懸架；傳動系統(tǒng)；車架姿態(tài)；影響

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2016.10.020

CLC NO.: U462 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)10-59-04

前言

隨著重型商用車對承載能力要求的增加，平衡懸架系統(tǒng)以其優(yōu)越的承載性能及良好的通過性、輪胎附著性[1,2]等優(yōu)點在重型商用車上的應(yīng)用越加廣泛。目前對平衡懸架系統(tǒng)的研究主要集中于其平順性性能與數(shù)學(xué)建模[3-5]的研究以及使用故障模式的分析[6-7]等，對于平衡懸架系統(tǒng)在整車上的匹配問題則鮮有闡述。本文基于ADAMS軟件建立整車的承載系統(tǒng)及傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，分析車輛的承載系統(tǒng)的變化對傳動系的影響。

1、整車傳動系的要求與影響

在車輛的匹配設(shè)計工作中，傳動軸的設(shè)計是整車傳動系的設(shè)計的重要部分。合理的萬向節(jié)傳動設(shè)計與布置，盡可能實現(xiàn)連接兩軸的等速運轉(zhuǎn)[8]，才能可靠的傳遞動力，抑制傳動過程中產(chǎn)生的振動，以達到降低傳動系統(tǒng)產(chǎn)生附加載荷、振動和噪聲的目的。

平衡懸架重卡的傳動軸基于安裝位置主要由兩種：橋前傳動軸及橋間傳動軸。本文以6×5牽引車為研究對象，如圖1所示，橋前傳動軸連接發(fā)動機與中橋，橋間傳動軸連接中橋與后橋。該兩處傳動軸均屬于典型的雙十字萬向節(jié)傳動結(jié)構(gòu)。對于長軸距的重型載貨車其中橋前傳動系統(tǒng)由多根傳動軸組成，但除中橋前傳動軸外，其余傳動軸均與車架保持固定，故也可等效為本模型進行分析。

在整車傳動系的設(shè)計過程用，為保證車輛具有良好的傳動性能，降低附加振動與噪聲，傳動軸的布置設(shè)計均需滿足：傳動軸相連的兩萬向節(jié)叉布置在同一平面內(nèi)，且使萬向節(jié)夾角α1與α2相等；但是由于整車驅(qū)動系統(tǒng)中各個零部件的設(shè)計原因，傳動軸相連的兩萬向節(jié)叉很難布置在同一平面內(nèi)，一般僅要求α1=α2。

2、平衡懸架的設(shè)計要求

平衡懸架系統(tǒng)主要由平衡軸總成、推力桿以及鋼板彈簧組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示，為保證懸架系統(tǒng)的承載性及傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定性，一般設(shè)計時要求中后橋輪心到平衡軸的距離相等，橋間傳動軸的萬向節(jié)夾角相等（滿載狀態(tài)）。

平衡懸架的結(jié)構(gòu)可等效為如圖3的兩個四連桿機構(gòu)組成。由于在平衡懸架匹配過程中，一般默認為車架為水平狀態(tài)，即車架姿態(tài)角θ=0，此時中、后橋與車架下翼面的豎直距離S1=S2，設(shè)計要求α1=α2。但車輛在實際運行過程中由于前后懸架承載能力的不同，車架會產(chǎn)生姿態(tài)角θ，如圖3所示，由于中后橋輪胎始終與地面接觸，即中、后橋的軸心距地面的距離H1=H2，鋼板彈簧總成繞平衡軸總成旋轉(zhuǎn)軸心W產(chǎn)生轉(zhuǎn)角θ，使得S1，S2的不同。姿態(tài)角θ及S1，S2的變化都會導(dǎo)致四連桿機構(gòu)的改變，從而導(dǎo)致中橋前傳動軸、橋間傳動軸萬向節(jié)夾角的改變，對傳動系產(chǎn)生影響?；诖耍疚耐ㄟ^ADAMS建立底盤結(jié)構(gòu)仿真模型來研究承載系統(tǒng)的參數(shù)改變對傳動系的影響。

3、平衡懸架底盤的建模

本文基于某6×4重型牽引車建立結(jié)構(gòu)仿真模型，通過建立簡易的平衡懸架結(jié)構(gòu)模型、傳動系統(tǒng)模型，通過對模型的運動學(xué)仿真，考察鋼板彈簧變形以及整車姿態(tài)角變化對傳動系角度的影響。

3.1 懸架硬點

參照圖2，通過作圖法得到車架在水平狀態(tài)，某重型商用車后懸架系統(tǒng)無載荷時平衡懸架初始狀態(tài)的硬度參數(shù)，如表1所示：

表1 懸架硬點參數(shù)

3.2 彈性元件

為更精確的考察由于由于前后懸架鋼板彈簧弧高改變導(dǎo)致的整車姿態(tài)角對后橋傳動系的影響，將前后懸架的鋼板彈簧彈簧采用ADMAS中的剛體及襯套彈性單元取代，用于建立運動模型，如圖4所示。

4、仿真分析

根據(jù)建立的ADMAS結(jié)構(gòu)模型，通過改變車架姿態(tài)角、懸架鋼板彈簧弧高等設(shè)計參數(shù)，以模擬車輛在運行過程中由于載重以及工況的變化對傳動系統(tǒng)的影響，通過對仿真結(jié)果的分析，以確定各因素對傳動系的影響，為平衡懸架系統(tǒng)的設(shè)計匹配提供理論依據(jù)。

4.1 車架姿態(tài)角對傳動系的影響

在平衡懸架系統(tǒng)鋼板彈簧弧高不變的情況下，通過改變車架姿態(tài)來分析車架姿態(tài)變化對后橋傳動系的影響，仿真結(jié)果如下圖5、圖6所示。

圖5為車架姿態(tài)變化時，橋前傳動軸與橋間傳動軸兩端兩萬向節(jié)夾角的變化曲線，由圖中可以看出，隨著車架姿態(tài)角度的增加，橋前傳動軸兩端萬向節(jié)夾角均發(fā)生微小變化，但是變化趨勢相同，由兩曲線的差值可以看出，兩傳動軸夾角的差值基本保持不變，結(jié)合圖6傳動軸兩端萬向節(jié)輸入、輸出的角加速度差的曲線可以看出，車架姿態(tài)的變化對于中橋前傳動軸的傳動幾乎沒有影響。

從圖5（b）中可以看出車架姿態(tài)角的變化對于橋間傳動軸兩端萬向節(jié)夾角的影響較大，隨著車架姿態(tài)角的增加，橋間傳動軸兩端萬向節(jié)夾角的變化趨勢相反，且變化量基本相同。圖6（b）為車架姿態(tài)改變對傳動軸加速度的影響，由圖可以看出隨著車架姿態(tài)角的增大橋間傳動軸兩端萬向節(jié)輸入、輸出端的角加速度的差值逐漸增大，從中可以得出，橋間傳動軸兩端萬向節(jié)的輸入端與輸出端的速度差值逐漸增大。萬向節(jié)速度的不同，會引起動力總成支持和懸架彈性元件的振動，以及后橋相連齒輪的沖擊和噪聲[8]。

4.2 懸架板簧弧高變化對傳動系的影響

對建立的ADAMS模型施加約束，保證車架姿態(tài)的不變，通過加載，以襯套的變形來等效后懸架鋼板彈簧弧高變化，對后懸架及傳動系統(tǒng)的仿真結(jié)果如圖7、圖8所示。

根據(jù)圖7可知，在車架姿態(tài)保持不變的情況下，隨著懸架鋼板彈簧弧高的變化，橋前傳動軸、橋間傳動軸的萬向節(jié)夾角的變化趨勢下同，且傳動軸夾角有完全相等的趨勢。這是由于在平衡懸架匹配時，設(shè)計要求滿載狀態(tài)下橋前傳動軸、橋間傳動軸的輸入、輸出端的萬向節(jié)夾角相等，以實現(xiàn)在車輛滿載狀態(tài)下傳動軸輸入、輸出的速度速度趨于相等，防止產(chǎn)生振動。從圖8傳動軸萬向節(jié)的輸入、輸出的角加速度變化曲線也可以看出，隨著后懸架的承載，變化趨于滿載時，橋前傳動軸與橋間傳動軸的萬向節(jié)輸入、輸出的角加速度差呈現(xiàn)變小的趨勢。由以上仿真結(jié)果可以看出，懸架高度的變化對傳動系具有一定的影響，但是影響較小。

4.3 綜合效應(yīng)對傳動系的影響

按照車輛正常運行時的狀態(tài)對模型進行加載仿真，以模擬車輛實際使用過程中隨著載荷的增加，考察由于車架姿態(tài)角的變化、板簧高度的變化，整車傳動系統(tǒng)的變化趨勢。

如圖9（a）所示，在加載過程中，由于前后懸架的剛度不同，隨著前后懸架承載的變化導(dǎo)致的車架姿態(tài)角的改變過程中，橋前傳動軸兩端萬向節(jié)夾角均呈線性減小，且趨于相等，變化趨勢與4.1、4.2的變化相近。由此可以得出，對于橋前傳動軸，重卡承載系統(tǒng)參數(shù)的變化對其傳動系的影響極小。

由圖9（b）可以看出，隨著整車承載系統(tǒng)參數(shù)的變化，在懸架高度降低、車架姿態(tài)角的增加的過程中，橋間傳動軸與兩端萬向節(jié)的夾角變化趨勢相反，且其差值逐漸增大；橋間傳動軸萬向節(jié)輸入、輸出端的角加速度差也逐漸增大，如圖10（b）所示，其變化趨勢與4.1中車架姿態(tài)變化對橋間傳動軸的影響相同。由此看出，在承載系統(tǒng)參數(shù)變化中，車架姿態(tài)角對橋間傳動系的影響較大，這也是許多采用平衡懸架系統(tǒng)重卡在爬坡時，傳動系統(tǒng)出現(xiàn)抖動、噪聲的主要原因。

5、結(jié)論

通過以上對平衡懸架重卡承載系統(tǒng)與傳動系統(tǒng)的關(guān)系研究可以得出：

1）平衡懸架重卡的車架姿態(tài)變化對橋間傳動系統(tǒng)的影響較大，這是導(dǎo)致許多平衡懸架重卡在爬坡時，傳動系統(tǒng)出現(xiàn)抖動、噪聲的主要原因。因此在懸架匹配設(shè)計時應(yīng)該考慮到車架姿態(tài)角的變化對傳動系的影響；

2）車架姿態(tài)的變化對于橋前傳動系統(tǒng)幾乎沒有影響，在懸架設(shè)計時可以不予考慮車架姿態(tài)的影響；

3）平衡懸架匹配設(shè)計時，應(yīng)滿足整車滿載狀態(tài)下傳動系的設(shè)計要求，此時，懸架高度的變化對整車傳動系的影響較小。

[1] 趙禮東,王元良,徐達.多軸平衡懸架新的結(jié)構(gòu)形式及性能分析[J].專用汽車,2003 (5)：10～12.

[2] Michel Berger P. Palkovic L. BokorJ. Robust. Design of Active Suspension System[J].Int. J. of Vehicle Design, 1993,14(2/3): 145～165.

[3] 任衛(wèi)群,楊勇.采用多體系統(tǒng)動力學(xué)的平衡懸架牽引車平順性研究[J].汽車工程,2014,3（26）.331-335.

[4] 楊啟梁.平衡懸架的振動特性分析[J].武漢科技大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2003,(30-2),168-170.

[5] 胡志剛,張永林.平衡懸架汽車平順性分析的建模技術(shù)[J].包裝工程,2005（26-1）,29-30.

[6] 岳貴平，盧炳武等.平衡懸架失效模式與影響的有限元分析[J].設(shè)計.計算.研究,2009（10）：9-12.

[7] 王靜,韓學(xué)禮,齊向東.載重汽車平衡懸架常見故障及其修理[J].森林工程，2004（20-3）：41-15.

[8] 王望予.汽車設(shè)計[J].北京:機械工業(yè)出版社,2004.8,114-125.

The Influence of Load-System on Transmission System In Heavy-duty Trucks With Equalizing Suspension

Li Haibo, Wang Junwei, Ju Gang, Gao Song
（Anhui Jianghuai Automotive Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

In the paper, the structure emulate model of load-system and transmission-system of heavy-duty trucks with equalizing suspension was built based on ADAMS. The influence of transmission system was analyzed by the changing of the parameters of the load-system. Through the analyse, the new design gist was given for the matching design of equalizing suspension, and , one of the theory explains of climb-noise of heavy-duty trucks with equalizing suspension was offered.

Equalizing Suspension; Transmission System; Frame Angle; Influence

U462

A

1671-7988(2016)10-59-04

李海波（1982-），男，工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。主要從事商用車懸架系統(tǒng)的設(shè)計。