某兩軸重型載貨汽車車輪動(dòng)態(tài)荷載的研究分析

姜岳平

?

某兩軸重型載貨汽車車輪動(dòng)態(tài)荷載的研究分析

姜岳平

（蘇州建設(shè)交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 蘇州 215104）

文章采用濾波白噪聲法生成路面不平度時(shí)域模型，建立了車輛動(dòng)力學(xué)模型，并用Simulink軟件進(jìn)行動(dòng)力學(xué)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(duì)車輪動(dòng)載荷以及載荷系數(shù)的影響，根據(jù)所得結(jié)論提出了最優(yōu)解決方案。結(jié)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(dòng)載荷，進(jìn)而減小振動(dòng)、提高行駛的平順性。

路面不平度；車輪；動(dòng)力學(xué)模型；動(dòng)載荷

前言

目前車輛運(yùn)行平順性是衡量汽車的主要性能之一。當(dāng)路面凹凸平的路面時(shí)，車輛行駛受到阻礙上下顛簸，車身不平穩(wěn)，干擾到汽車運(yùn)行中的平順性和舒適性，合成為車輛動(dòng)荷載。本課題擬采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法，建立某型載貨汽車的動(dòng)力學(xué)模型，研究車輛對(duì)路面的動(dòng)載荷和動(dòng)載系數(shù)以及相應(yīng)的影響因素。

1 路面模型的構(gòu)建

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

2 車輛動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建

研究車輛的動(dòng)力響應(yīng)時(shí)，常常將汽車簡(jiǎn)化為彈簧—質(zhì)量—阻尼系統(tǒng)。本文以兩軸貨車為研究對(duì)象，將車身質(zhì)量分解到前軸、質(zhì)心和后軸這三處，分別對(duì)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(shù)的意義為：2是懸掛質(zhì)量，即為車身質(zhì)量，單位是kg；1是非懸掛質(zhì)量，即車輪質(zhì)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(shù)，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(biāo)位移，單位是m；q為路面不平度激勵(lì)，單位是m。

表1 某二軸重型載貨車的后軸相關(guān)參數(shù)

建立如圖2所示的仿真模型，假設(shè)速度為20m/s，路面類型為B級(jí)路面。

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

圖3 路面不平度系數(shù)

（橫坐標(biāo)表示仿真時(shí)間，ms；縱坐標(biāo)表示車輪動(dòng)載，N）

可構(gòu)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(duì)荷載幅頻特性仿真模型，模型如圖5所示。

圖5 車輪相對(duì)荷載幅值特性仿真模型

3 結(jié)果分析

3.1 車速影響

假設(shè)車輛速度分別為20m/s、40m/s以及80m/s，在B級(jí)路面行駛，仿真分析車輪的響應(yīng)。如圖6-圖7所示（橫坐標(biāo)表示仿真時(shí)間，ms；縱坐標(biāo)表示車輪動(dòng)載N）。

圖6 車速20km/h下，車輪動(dòng)載

圖7 車速40m/h下，車輪動(dòng)載

得出結(jié)論：汽車速度增加，動(dòng)荷載系數(shù)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(dāng)車速為30m/s時(shí)，模擬車輛行駛在A、C、兩種不同等級(jí)的路面上，對(duì)車輪動(dòng)載仿真結(jié)果如圖8-9所示（橫坐標(biāo)表示仿真時(shí)間，ms；縱坐標(biāo)表示車輪動(dòng)載，N）。

圖8 A級(jí)路面下，車輪動(dòng)載

圖9 C級(jí)路面下，車輪動(dòng)載

隨著路面等級(jí)的提高，車輛所受動(dòng)荷載和動(dòng)載系數(shù)也會(huì)增大。行駛在不同路面上的車輛受到的隨機(jī)動(dòng)荷載有很大的不同，同時(shí)也會(huì)隨著路面等級(jí)的變化而增大。

3.3 不同軸重對(duì)車輪動(dòng)荷載的影響

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

圖10 等效質(zhì)量5000kg下車輪動(dòng)載

圖11 等效質(zhì)量6500kg下車輪動(dòng)載

車輛作用于路面的動(dòng)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(duì)路面的疲勞損傷，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)減輕軸重。

4 結(jié)論

研究結(jié)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(dòng)荷載，從而較少車輛的振動(dòng)，提高行駛平順性。

[1] 黃瑋.汽車車輪動(dòng)載荷的研究.南京,南京航天航空大學(xué)碩士學(xué)位論文,2010.

[2] 彭佳,何杰,李旭宏,陳一鍇,叢穎.路面不平度隨機(jī)激勵(lì)時(shí)域模型的仿真比較與評(píng)價(jià)[J].解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào),2009(2),10(1):77-82.

[3] 方浩,李曉賓,王璐,謝能剛.基于路面隨機(jī)激勵(lì)的8自由度整車動(dòng)力學(xué)仿真[J].中國(guó)工程機(jī)械學(xué)報(bào),2007(4),5(2):167-173.

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

[5] 張?zhí)m.多自由度雙軸車輛模型在波形路面上的動(dòng)力分析.重慶,重慶交通大學(xué)碩士學(xué)位論文,2010.

[6] 余志生.汽車?yán)碚?[M]機(jī)械工業(yè)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(shè)交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.064