楊銀輝 袁文強(qiáng) 劉曉敏 申國偉 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ADAMS虛擬樣機(jī)驗證了理論方程法計算軸核的精度，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;虛擬驗證中圖分類號：U467 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B ?文章編號：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)展及市場需求變化，用戶對大馬力汽車需求呈增長趨勢，特別以牽引車為主。但在產(chǎn)品開發(fā)中也出現(xiàn)一些問題，如雙前軸的三軸牽引車由于采用單驅(qū)動后橋，軸核分配不合理時，存在車輛空載打滑、重載時單軸超載引起板簧發(fā)軟、轉(zhuǎn)向沉重等諸多質(zhì)量問題，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)三軸汽車無法通過靜力平衡計算軸核，屬于超靜定問題。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗數(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)果與實際軸核差異很大，為此在建立模型時，需將輪胎及鋼板彈簧作為彈性元件計算，但車架剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于彈性支撐剛度，可視為剛體進(jìn)行計算。本文將6×2雙前軸牽引主車簡化為如圖1所示模型。

在計算非關(guān)聯(lián)三軸車輛軸核時，需結(jié)合幾何參數(shù)，引入變形協(xié)調(diào)方程才可求解。為保證計算準(zhǔn)確性，以整備質(zhì)量軸核試驗數(shù)據(jù)為輸入。并建立整車的軸核計算模型，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語言編程對不同影響因素進(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 空載時軸核分配影響

在已知三軸牽引車時，為保證產(chǎn)品的可靠性及零件通用性，僅通過調(diào)整懸架高度改善軸核分配，通過對于空載狀態(tài)軸核研究，結(jié)合圖3、圖4，二軸比一軸安裝高度高時，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，一、三軸軸核增加，二軸軸核減小，對于改善驅(qū)動橋（即三軸），一軸比二軸安裝高度高時有利，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 滿載時軸核分配影響

考慮到整車長度尺寸受法規(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。

對于牽引車來說，鞍座的布置對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。

如非關(guān)聯(lián)式三軸車懸架設(shè)計的不合理，很容易導(dǎo)致某一軸軸核過大或過小，對于行車不利，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。

在保證車輛可靠性前提下，通過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，僅通過改變一、二軸懸架剛度時，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;由圖9可知，三軸懸架復(fù)合剛度的變化對于一、二、三軸的軸核影響不明顯。

3 模型驗證

3.1 模型建立

為驗證上述方程計算軸核精度，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，建立完后的仿真動力學(xué)模型如圖10所示。

3.2 虛擬模型驗證

設(shè)置與原車相同尺寸、質(zhì)量、剛度等參數(shù)，通過在鞍座處施加載荷。驗證靜載平衡方程與多體動力學(xué)仿真計算軸核差異，在鞍座處施加16000kg時，針對某種工況得出兩種計算方法各軸軸核差異見表1。

從計算結(jié)果可知，虛擬仿真與理論方程計算的軸核存在差異，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)計對軸核計算精度需要，因此簡化模型的軸核計算可為產(chǎn)品設(shè)計及開發(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，軸距及懸架剛度對于軸核影響較小，鞍座布置及一、二軸懸架高度差對于軸核影響較大;進(jìn)一步通過ADAMS虛擬樣機(jī)驗證了理論方程法計算軸核的精度，誤差可控制在7%以內(nèi)。因此，通過簡化模型進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計及軸核的校核，可基本滿足工程設(shè)計需求。

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