非關聯懸架三軸牽引汽車的軸核計算研究

楊銀輝 袁文強 劉曉敏 申國偉 冀正烈

摘 要：以某6×2雙前軸牽引車為例，結合“變形協調一致”和力矩平衡原理，建立非關聯式懸架三軸牽引車數學模型，運用MATLAB編程數據分析，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律，為該車軸核的合理分配提供理論依據;進一步通過ADAMS虛擬樣機驗證了理論方程法計算軸核的精度，分析結果表明誤差控制在7%以內。關鍵詞：非關聯懸架汽車;軸核;MATLAB;影響因素;虛擬驗證中圖分類號：U467 ?文獻標識碼：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，隨著經濟發展及市場需求變化，用戶對大馬力汽車需求呈增長趨勢，特別以牽引車為主。但在產品開發中也出現一些問題，如雙前軸的三軸牽引車由于采用單驅動后橋，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軟、轉向沉重等諸多質量問題，為此，本文以某6×2雙前軸牽引車為基礎，建立三軸汽車負荷分配模型，對影響軸核的因素進行了研究，為軸核優化提供思路。

1?計算模型建立及相關參數

兩軸車的軸核可根據靜力平衡方法獲得，非關聯三軸汽車無法通過靜力平衡計算軸核，屬于超靜定問題。根據相關經驗數據，如將輪胎及懸架視為剛性支撐，運用超靜定力法或位移法求解，結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，但車架剛度遠遠大于彈性支撐剛度，可視為剛體進行計算。本文將6×2雙前軸牽引主車簡化為如圖1所示模型。

在計算非關聯三軸車輛軸核時，需結合幾何參數，引入變形協調方程才可求解。為保證計算準確性，以整備質量軸核試驗數據為輸入。并建立整車的軸核計算模型，如圖2所示。

結合圖1、圖2，根據力矩平衡原理及力學變形協調，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—車貨總質量;

G'—鞍座壓載質量。

2 各影響因素對靜態軸核影響

非關聯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聯式三軸牽引車，基于已知底盤整備質量條件下，利用MATLAB語言編程對不同影響因素進行研究分析，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，為保證產品的可靠性及零件通用性，僅通過調整懸架高度改善軸核分配，通過對于空載狀態軸核研究，結合圖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，經濟的改善三軸軸核，可適當增加一軸懸架安裝高度，但合理的安裝高度還需結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限制，合理布置一、二軸軸距也可改善軸核分配。根據圖5所示，在懸架剛度、安裝尺寸及鞍載質量不變條件下，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。

如非關聯式三軸車懸架設計的不合理，很容易導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聯式三軸車軸核分配，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，進一步在ADAMS中建立非關聯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，子系統之間通過約束連接并進行裝配，參數與原車保持一致，建立完后的仿真動力學模型如圖10所示。

3.2 虛擬模型驗證

設置與原車相同尺寸、質量、剛度等參數，通過在鞍座處施加載荷。驗證靜載平衡方程與多體動力學仿真計算軸核差異，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，在一定范圍內能夠滿足工程設計對軸核計算精度需要，因此簡化模型的軸核計算可為產品設計及開發提供理論支持。

4 結論

本文以某6×2雙前軸牽引主車為例，通過建立非關聯式三軸牽引車數學模型，運用MATLAB編程數據分析了不同因素對軸核分配的影響，研究結果表明，在保持整車參數不變情況下，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;進一步通過ADAMS虛擬樣機驗證了理論方程法計算軸核的精度，誤差可控制在7%以內。因此，通過簡化模型進行產品設計及軸核的校核，可基本滿足工程設計需求。

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