平衡懸架重卡承載系統(tǒng)對整車傳動系的影響

李海波，王俊偉，居剛，高松

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

平衡懸架重卡承載系統(tǒng)對整車傳動系的影響

李海波，王俊偉，居剛，高松

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章基于ADAMS建立的平衡懸架重卡承載系統(tǒng)及傳動系統(tǒng)的結構仿真模型，通過對承載系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整，分析了不同參數(shù)變化下對整車傳動系的影響，為平衡懸架系統(tǒng)的匹配設計提出新的設計依據(jù)，同時也為平衡懸架重卡的爬坡噪聲問題提出了一個理論解釋。

平衡懸架；傳動系統(tǒng)；車架姿態(tài)；影響

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2016.10.020

CLC NO.: U462 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)10-59-04

前言

隨著重型商用車對承載能力要求的增加，平衡懸架系統(tǒng)以其優(yōu)越的承載性能及良好的通過性、輪胎附著性[1,2]等優(yōu)點在重型商用車上的應用越加廣泛。目前對平衡懸架系統(tǒng)的研究主要集中于其平順性性能與數(shù)學建模[3-5]的研究以及使用故障模式的分析[6-7]等，對于平衡懸架系統(tǒng)在整車上的匹配問題則鮮有闡述。本文基于ADAMS軟件建立整車的承載系統(tǒng)及傳動系統(tǒng)結構模型，分析車輛的承載系統(tǒng)的變化對傳動系的影響。

1、整車傳動系的要求與影響

在車輛的匹配設計工作中，傳動軸的設計是整車傳動系的設計的重要部分。合理的萬向節(jié)傳動設計與布置，盡可能實現(xiàn)連接兩軸的等速運轉[8]，才能可靠的傳遞動力，抑制傳動過程中產(chǎn)生的振動，以達到降低傳動系統(tǒng)產(chǎn)生附加載荷、振動和噪聲的目的。

平衡懸架重卡的傳動軸基于安裝位置主要由兩種：橋前傳動軸及橋間傳動軸。本文以6×5牽引車為研究對象，如圖1所示，橋前傳動軸連接發(fā)動機與中橋，橋間傳動軸連接中橋與后橋。該兩處傳動軸均屬于典型的雙十字萬向節(jié)傳動結構。對于長軸距的重型載貨車其中橋前傳動系統(tǒng)由多根傳動軸組成，但除中橋前傳動軸外，其余傳動軸均與車架保持固定，故也可等效為本模型進行分析。

在整車傳動系的設計過程用，為保證車輛具有良好的傳動性能，降低附加振動與噪聲，傳動軸的布置設計均需滿足：傳動軸相連的兩萬向節(jié)叉布置在同一平面內(nèi)，且使萬向節(jié)夾角α1與α2相等；但是由于整車驅(qū)動系統(tǒng)中各個零部件的設計原因，傳動軸相連的兩萬向節(jié)叉很難布置在同一平面內(nèi)，一般僅要求α1=α2。

2、平衡懸架的設計要求

平衡懸架系統(tǒng)主要由平衡軸總成、推力桿以及鋼板彈簧組成，結構如圖2所示，為保證懸架系統(tǒng)的承載性及傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定性，一般設計時要求中后橋輪心到平衡軸的距離相等，橋間傳動軸的萬向節(jié)夾角相等（滿載狀態(tài)）。

平衡懸架的結構可等效為如圖3的兩個四連桿機構組成。由于在平衡懸架匹配過程中，一般默認為車架為水平狀態(tài)，即車架姿態(tài)角θ=0，此時中、后橋與車架下翼面的豎直距離S1=S2，設計要求α1=α2。但車輛在實際運行過程中由于前后懸架承載能力的不同，車架會產(chǎn)生姿態(tài)角θ，如圖3所示，由于中后橋輪胎始終與地面接觸，即中、后橋的軸心距地面的距離H1=H2，鋼板彈簧總成繞平衡軸總成旋轉軸心W產(chǎn)生轉角θ，使得S1，S2的不同。姿態(tài)角θ及S1，S2的變化都會導致四連桿機構的改變，從而導致中橋前傳動軸、橋間傳動軸萬向節(jié)夾角的改變，對傳動系產(chǎn)生影響。基于此，本文通過ADAMS建立底盤結構仿真模型來研究承載系統(tǒng)的參數(shù)改變對傳動系的影響。

3、平衡懸架底盤的建模

本文基于某6×4重型牽引車建立結構仿真模型，通過建立簡易的平衡懸架結構模型、傳動系統(tǒng)模型，通過對模型的運動學仿真，考察鋼板彈簧變形以及整車姿態(tài)角變化對傳動系角度的影響。

3.1 懸架硬點

參照圖2，通過作圖法得到車架在水平狀態(tài)，某重型商用車后懸架系統(tǒng)無載荷時平衡懸架初始狀態(tài)的硬度參數(shù)，如表1所示：

表1 懸架硬點參數(shù)

3.2 彈性元件

為更精確的考察由于由于前后懸架鋼板彈簧弧高改變導致的整車姿態(tài)角對后橋傳動系的影響，將前后懸架的鋼板彈簧彈簧采用ADMAS中的剛體及襯套彈性單元取代，用于建立運動模型，如圖4所示。

4、仿真分析

根據(jù)建立的ADMAS結構模型，通過改變車架姿態(tài)角、懸架鋼板彈簧弧高等設計參數(shù)，以模擬車輛在運行過程中由于載重以及工況的變化對傳動系統(tǒng)的影響，通過對仿真結果的分析，以確定各因素對傳動系的影響，為平衡懸架系統(tǒng)的設計匹配提供理論依據(jù)。

4.1 車架姿態(tài)角對傳動系的影響

在平衡懸架系統(tǒng)鋼板彈簧弧高不變的情況下，通過改變車架姿態(tài)來分析車架姿態(tài)變化對后橋傳動系的影響，仿真結果如下圖5、圖6所示。

圖5為車架姿態(tài)變化時，橋前傳動軸與橋間傳動軸兩端兩萬向節(jié)夾角的變化曲線，由圖中可以看出，隨著車架姿態(tài)角度的增加，橋前傳動軸兩端萬向節(jié)夾角均發(fā)生微小變化，但是變化趨勢相同，由兩曲線的差值可以看出，兩傳動軸夾角的差值基本保持不變，結合圖6傳動軸兩端萬向節(jié)輸入、輸出的角加速度差的曲線可以看出，車架姿態(tài)的變化對于中橋前傳動軸的傳動幾乎沒有影響。

從圖5（b）中可以看出車架姿態(tài)角的變化對于橋間傳動軸兩端萬向節(jié)夾角的影響較大，隨著車架姿態(tài)角的增加，橋間傳動軸兩端萬向節(jié)夾角的變化趨勢相反，且變化量基本相同。圖6（b）為車架姿態(tài)改變對傳動軸加速度的影響，由圖可以看出隨著車架姿態(tài)角的增大橋間傳動軸兩端萬向節(jié)輸入、輸出端的角加速度的差值逐漸增大，從中可以得出，橋間傳動軸兩端萬向節(jié)的輸入端與輸出端的速度差值逐漸增大。萬向節(jié)速度的不同，會引起動力總成支持和懸架彈性元件的振動，以及后橋相連齒輪的沖擊和噪聲[8]。

4.2 懸架板簧弧高變化對傳動系的影響

對建立的ADAMS模型施加約束，保證車架姿態(tài)的不變，通過加載，以襯套的變形來等效后懸架鋼板彈簧弧高變化，對后懸架及傳動系統(tǒng)的仿真結果如圖7、圖8所示。

根據(jù)圖7可知，在車架姿態(tài)保持不變的情況下，隨著懸架鋼板彈簧弧高的變化，橋前傳動軸、橋間傳動軸的萬向節(jié)夾角的變化趨勢下同，且傳動軸夾角有完全相等的趨勢。這是由于在平衡懸架匹配時，設計要求滿載狀態(tài)下橋前傳動軸、橋間傳動軸的輸入、輸出端的萬向節(jié)夾角相等，以實現(xiàn)在車輛滿載狀態(tài)下傳動軸輸入、輸出的速度速度趨于相等，防止產(chǎn)生振動。從圖8傳動軸萬向節(jié)的輸入、輸出的角加速度變化曲線也可以看出，隨著后懸架的承載，變化趨于滿載時，橋前傳動軸與橋間傳動軸的萬向節(jié)輸入、輸出的角加速度差呈現(xiàn)變小的趨勢。由以上仿真結果可以看出，懸架高度的變化對傳動系具有一定的影響，但是影響較小。

4.3 綜合效應對傳動系的影響

按照車輛正常運行時的狀態(tài)對模型進行加載仿真，以模擬車輛實際使用過程中隨著載荷的增加，考察由于車架姿態(tài)角的變化、板簧高度的變化，整車傳動系統(tǒng)的變化趨勢。

如圖9（a）所示，在加載過程中，由于前后懸架的剛度不同，隨著前后懸架承載的變化導致的車架姿態(tài)角的改變過程中，橋前傳動軸兩端萬向節(jié)夾角均呈線性減小，且趨于相等，變化趨勢與4.1、4.2的變化相近。由此可以得出，對于橋前傳動軸，重卡承載系統(tǒng)參數(shù)的變化對其傳動系的影響極小。

由圖9（b）可以看出，隨著整車承載系統(tǒng)參數(shù)的變化，在懸架高度降低、車架姿態(tài)角的增加的過程中，橋間傳動軸與兩端萬向節(jié)的夾角變化趨勢相反，且其差值逐漸增大；橋間傳動軸萬向節(jié)輸入、輸出端的角加速度差也逐漸增大，如圖10（b）所示，其變化趨勢與4.1中車架姿態(tài)變化對橋間傳動軸的影響相同。由此看出，在承載系統(tǒng)參數(shù)變化中，車架姿態(tài)角對橋間傳動系的影響較大，這也是許多采用平衡懸架系統(tǒng)重卡在爬坡時，傳動系統(tǒng)出現(xiàn)抖動、噪聲的主要原因。

5、結論

通過以上對平衡懸架重卡承載系統(tǒng)與傳動系統(tǒng)的關系研究可以得出：

1）平衡懸架重卡的車架姿態(tài)變化對橋間傳動系統(tǒng)的影響較大，這是導致許多平衡懸架重卡在爬坡時，傳動系統(tǒng)出現(xiàn)抖動、噪聲的主要原因。因此在懸架匹配設計時應該考慮到車架姿態(tài)角的變化對傳動系的影響；

2）車架姿態(tài)的變化對于橋前傳動系統(tǒng)幾乎沒有影響，在懸架設計時可以不予考慮車架姿態(tài)的影響；

3）平衡懸架匹配設計時，應滿足整車滿載狀態(tài)下傳動系的設計要求，此時，懸架高度的變化對整車傳動系的影響較小。

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The Influence of Load-System on Transmission System In Heavy-duty Trucks With Equalizing Suspension

Li Haibo, Wang Junwei, Ju Gang, Gao Song
（Anhui Jianghuai Automotive Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

In the paper, the structure emulate model of load-system and transmission-system of heavy-duty trucks with equalizing suspension was built based on ADAMS. The influence of transmission system was analyzed by the changing of the parameters of the load-system. Through the analyse, the new design gist was given for the matching design of equalizing suspension, and , one of the theory explains of climb-noise of heavy-duty trucks with equalizing suspension was offered.

Equalizing Suspension; Transmission System; Frame Angle; Influence

U462

A

1671-7988(2016)10-59-04

李海波（1982-），男，工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。主要從事商用車懸架系統(tǒng)的設計。