某兩軸重型載貨汽車車輪動態荷載的研究分析

姜岳平

?

某兩軸重型載貨汽車車輪動態荷載的研究分析

姜岳平

（蘇州建設交通高等職業技術學校，江蘇 蘇州 215104）

文章采用濾波白噪聲法生成路面不平度時域模型，建立了車輛動力學模型，并用Simulink軟件進行動力學仿真，分析了不同類型的的路面、車速、軸重、懸架阻尼和剛度等因素對車輪動載荷以及載荷系數的影響，根據所得結論提出了最優解決方案。結果表明：降低車速、汽車軸重、懸架剛度、增加懸架阻尼都可以減小車輪的動載荷，進而減小振動、提高行駛的平順性。

路面不平度；車輪；動力學模型；動載荷

前言

目前車輛運行平順性是衡量汽車的主要性能之一。當路面凹凸平的路面時，車輛行駛受到阻礙上下顛簸，車身不平穩，干擾到汽車運行中的平順性和舒適性，合成為車輛動荷載。本課題擬采用系統動力學的方法，建立某型載貨汽車的動力學模型，研究車輛對路面的動載荷和動載系數以及相應的影響因素。

1 路面模型的構建

式中，()為白噪聲函數；為路面不平度系數；為車輛速度，m/s；G()為路面功率譜密度。

2 車輛動力學模型的構建

研究車輛的動力響應時，常常將汽車簡化為彈簧—質量—阻尼系統。本文以兩軸貨車為研究對象，將車身質量分解到前軸、質心和后軸這三處，分別對前懸架和后懸架研究，即得到了四分之一車輛模型。

圖1 四分之一車輛模型

圖1中各參數的意義為：2是懸掛質量，即為車身質量，單位是kg；1是非懸掛質量，即車輪質量，單位是kg；K是彈簧剛度，單位是N/m；C為是減震器的阻尼系數，單位是Ns/m；K是輪胎的剛度，單位是N/m；1、2分別為車輪與車身垂直坐標位移，單位是m；q為路面不平度激勵，單位是m。

表1 某二軸重型載貨車的后軸相關參數

建立如圖2所示的仿真模型，假設速度為20m/s，路面類型為B級路面。

圖2中 velocity為車輛速度，0.111為調整后的路面不平度系數，Scope輸出路面不平度函數如圖3所示。

圖3 路面不平度系數

（橫坐標表示仿真時間，ms；縱坐標表示車輪動載，N）

可構建車身加速度幅頻特性仿真模型，模型如圖4所示。

圖4 車身的加速度幅頻特性仿真模型

車輪相對荷載幅頻特性仿真模型，模型如圖5所示。

圖5 車輪相對荷載幅值特性仿真模型

3 結果分析

3.1 車速影響

假設車輛速度分別為20m/s、40m/s以及80m/s，在B級路面行駛，仿真分析車輪的響應。如圖6-圖7所示（橫坐標表示仿真時間，ms；縱坐標表示車輪動載N）。

圖6 車速20km/h下，車輪動載

圖7 車速40m/h下，車輪動載

得出結論：汽車速度增加，動荷載系數增加。因此，可以減低車速來減小車輪所受荷載。

3.2 路面平面度的影響

當車速為30m/s時，模擬車輛行駛在A、C、兩種不同等級的路面上，對車輪動載仿真結果如圖8-9所示（橫坐標表示仿真時間，ms；縱坐標表示車輪動載，N）。

圖8 A級路面下，車輪動載

圖9 C級路面下，車輪動載

隨著路面等級的提高，車輛所受動荷載和動載系數也會增大。行駛在不同路面上的車輛受到的隨機動荷載有很大的不同，同時也會隨著路面等級的變化而增大。

3.3 不同軸重對車輪動荷載的影響

采用等效的方法，將重型貨車載重質量等效到車身質量，即，將車身質量分別等效為5000kg，6500kg，9000kg，其他條件不變。圖10-11是車輛動載仿真圖（橫坐標表示仿真時間，ms；縱坐標表示車輪動載，N）。

圖10 等效質量5000kg下車輪動載

圖11 等效質量6500kg下車輪動載

車輛作用于路面的動荷載隨著軸重的增加而增加，而且變化較為明顯。因此，為了減小對路面的疲勞損傷，應當適當減輕軸重。

4 結論

研究結果顯示，車速的降低、軸重減少、懸架剛度減小、懸架阻尼的增大可以減小車輪的動荷載，從而較少車輛的振動，提高行駛平順性。

[1] 黃瑋.汽車車輪動載荷的研究.南京,南京航天航空大學碩士學位論文,2010.

[2] 彭佳,何杰,李旭宏,陳一鍇,叢穎.路面不平度隨機激勵時域模型的仿真比較與評價[J].解放軍理工大學學報,2009(2),10(1):77-82.

[3] 方浩,李曉賓,王璐,謝能剛.基于路面隨機激勵的8自由度整車動力學仿真[J].中國工程機械學報,2007(4),5(2):167-173.

[4] 梁志強,唐委校,李貝貝,趙俊峰.輕型貨車動力學模型及平順性分析.山東交通學院學報,2009(12),17(4):5-14.

[5] 張蘭.多自由度雙軸車輛模型在波形路面上的動力分析.重慶,重慶交通大學碩士學位論文,2010.

[6] 余志生.汽車理論.[M]機械工業出版社,2009.3.

Research and Analysis on Dynamic Load of Wheel of a Two-axis Heavy Cargo Vehicle

Jiang Yueping

( Suzhou Construction Transportation Higher Vocational and Technical School, Jiangsu Suzhou 215104 )

A time-domain model of road roughness is generated by filtering white noise method, and a vehicle dynamic model is established. Simulink is used to carry out dynamic simulation. The effects of different types of road surface, vehicle speed, axle load, suspension damping and stiffness on wheel dynamic load and load coefficient are analyzed. The best solution is put forward. The results show that reducing vehicle speed, axle load, suspension stiffness and increasing suspension damping can reduce the dynamic load of the wheel, thereby reducing vibration and improving ride comfort.

Road roughness; Wheel; Dynamic model; Dynamic load

B

1671-7988(2018)24-179-03

U463.3

B

1671-7988(2018)24-179-03

U463.3

姜岳平，就職于蘇州建設交通高等職業技術學校。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.064