某輕卡整車姿態(tài)角校核方法

徐斌，徐晴朗

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司國際公司，安徽 合肥 230601）

引言

整車姿態(tài)角是汽車設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)，汽車設(shè)計(jì)中也對該其取值范圍進(jìn)行了嚴(yán)格的要求。

整車姿態(tài)角即為車架上平面與地面形成的角度，前低后高，空載時(shí)角度大一些，滿載時(shí)角度小些。整車姿態(tài)角會(huì)影響軸荷分配、接近角、離去角、通過角、質(zhì)心位置等參數(shù)，主要作用之一是為了防止貨位墜尾（即貨物向后滑），其次也有減少氣流通過底盤時(shí)空氣產(chǎn)生的升力，對于提升制動(dòng)力和燃油經(jīng)濟(jì)性也有一定的作用。但整車姿態(tài)角也不宜過大，否則會(huì)導(dǎo)致緊急制動(dòng)時(shí)貨物慣性前移趨勢增加，導(dǎo)致貨箱或者后圍受到?jīng)_擊損傷。

整車姿態(tài)角在汽車?yán)碚撝型扑]的姿態(tài)角范圍如下：0.5°＜滿載時(shí)θm＜1°；1°＜空載時(shí)θk＜1.5°

本文主要針對某款江淮輕卡的整車姿態(tài)角校核方法進(jìn)行闡述。

整車姿態(tài)角的確認(rèn)首先需要得到地面線。汽車由于自重，導(dǎo)致懸架發(fā)生壓縮形變（即懸架擾度），以及輪胎與地面發(fā)生擠壓形變，這時(shí)，以前后輪胎為參考對象，得出的其與地面接觸點(diǎn)連線稱為地面線。地面線在卡車設(shè)計(jì)中一般需要給出滿載和空載兩種狀態(tài)。

下面，以某輕型卡車為例，簡述地面線以及整車姿態(tài)角的校核過程。

1 簧上質(zhì)量的計(jì)算

為求得簧上質(zhì)量，需要輸入以下參數(shù)，如表1所示。

簧上質(zhì)量一般采用軸荷質(zhì)量減去非簧上質(zhì)量部分得出。非簧上質(zhì)量主要包括橋、制動(dòng)器、輪罩、輪胎等沒有位于懸架上方的部件重量，板簧本身以及直拉桿、減振器、傳動(dòng)軸等由于只有一端與車架相連，另一端與懸架或者橋連接，其計(jì)入非簧上質(zhì)量的比例視具體車型有所不同，一般取值在50%～75%之間。該車型計(jì)算擬取懸架質(zhì)量的75%，直拉桿、傳動(dòng)軸和減振器質(zhì)量的50%計(jì)入非簧上質(zhì)量。

前軸簧上質(zhì)量m1計(jì)算公式為：

后軸簧上質(zhì)量m2計(jì)算公式為：

將表1中參數(shù)代入公式（1）和公式（2），計(jì)算可以得出該車的簧上質(zhì)量如下表2所示。

表1 簧上質(zhì)量計(jì)算參數(shù)

表2 簧上質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表

2 懸架和輪胎形變計(jì)算

該輕型卡車采用鋼板彈簧結(jié)構(gòu)，8.25R16 16PR輪胎，其主要參數(shù)如下表3所示。

表3 懸架、輪胎參數(shù)表

其中懸架擾度以簧上質(zhì)量做為載荷輸入，在具體計(jì)算過程中，假設(shè)左右簧上載荷相等，即簧上質(zhì)量的一半。

前懸架在某載荷狀態(tài)下的靜擾度fc1和弧高h(yuǎn)c1計(jì)算公式如下：

后懸架由于是主副簧結(jié)構(gòu)，其靜擾度fc2計(jì)算公式分為兩種，在副簧未接觸前，計(jì)算公式為：

當(dāng)副簧接觸后，計(jì)算公式為：

后懸架弧高計(jì)算公式為：

輪胎形變以軸荷質(zhì)量做為載荷輸入，在具體計(jì)算過程中，假設(shè)每個(gè)輪胎的載荷均勻，即軸荷與該軸輪胎個(gè)數(shù)相除的結(jié)果。

該車型前軸為單胎，故前輪胎壓縮變形量Δr1和負(fù)荷半徑r1s計(jì)算公式分別為：

該車型后軸為雙胎，故后輪胎壓縮變形量Δr2和負(fù)荷半徑r2s計(jì)算公式分別為：

將表2和表3的參數(shù)代入公式（3）～（11）計(jì)算，可以得出如表4所示的參數(shù)結(jié)果。

表4 前后懸架/輪胎形變參數(shù)表

3 地面線繪制和整車姿態(tài)角測量

圖1 輪心坐標(biāo)測量圖

現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)，已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)借助專業(yè)三維軟件，如UG、CATIA、PROE等工具實(shí)現(xiàn)整車3D數(shù)模模擬。其中形變部件如懸架、輪胎數(shù)模采用參數(shù)化設(shè)計(jì)，只需對形變數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入變更即可得到該弧高狀態(tài)下的部件姿態(tài)數(shù)模。因此我們可以通過整車相關(guān)模塊數(shù)模的組裝即可得到各載荷狀態(tài)下的輪心坐標(biāo)位置，如圖1所示。

由于輪胎數(shù)模形變不宜模擬，供應(yīng)廠商一般無法提供可形變數(shù)模。所以大多數(shù)情況下，車型地面線設(shè)計(jì)校核采用全三維數(shù)據(jù)（含帶參的懸架數(shù)模）進(jìn)行輪心位置測量確認(rèn)后，結(jié)合二維畫圖法畫出各狀態(tài)下的輪胎負(fù)荷外形，從而求得地面線位置，并測量得出某一載荷狀態(tài)下的整車姿態(tài)角，如圖2所示。

圖2 某輕卡滿載時(shí)整車姿態(tài)角校核圖

通過上述方法，可以得出該車整車姿態(tài)角校核結(jié)果如表5所示。

表5 整車姿態(tài)角校核結(jié)果

至此，整車姿態(tài)角校核完畢。

4 結(jié)論

本文結(jié)合江淮某輕卡參數(shù)輸入，簡述了輕卡整車姿態(tài)角的校核方法。為國內(nèi)同類車型的在整車姿態(tài)角校核提供了一定的參考和指導(dǎo)意義。

[1] 王望予.汽車設(shè)計(jì).[M]機(jī)械工業(yè)出版社p21-24,p83-91.

[2] 陳家瑞.汽車構(gòu)造.下冊.機(jī)械工業(yè)出版社p206-241.

[3] 王霄峰.汽車懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì).清華大學(xué)出版社P102-134.

[4] 江淮汽車技術(shù)中心.底盤總布置設(shè)計(jì)指南.p26-50.