多桥驱动车辆越障时轴荷动态分配研究
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2 0 1 1年 2 月
农 业 机 械 学 报
第 42 卷 第 2 期
多桥驱动车辆越障时轴荷动态分配研究
魏道高
1
*
区颖刚
2
杨丹彤
2
刘庆庭
2
( 1. 合肥工业大学机械与汽车工程学院 , 合肥 230009; 2 . 华南农业大学南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验 室 , 广州 510642) 摘要 轴荷动态分配规律是影响多桥驱动非路 面车辆可靠 性的主要 因素 , 为 了获得越 障时的 轴荷 , 建立了 为
W ei Daogao
1
Ou Y inggang
2
Y ang D antong
2
L iu Q ingt ing
2
(1 . Schoo l of M echanical and A uto m o tive Engineering, H efei Un iver sity of T echnology, H efei 230009 , Ch ina 2. K ey Laboratory of K ey T echnology on A griculturalM ach ine and Equipm ent, M inistry of Education, South China A gricultural Univers ity, Guangzhou 510642, China)
四桥驱动越障时轴荷动 态分 配 动力 学模 型。对 某型 四桥 驱 动山 地车 辆 进行 了计 算 与分 析 , 获 得附 着 系数 值 , 导致各桥的疲劳寿命不一致。 关键词 : 非路面车辆 中图分类号 : U 463 6 越障 轴荷 可靠性 文章编号 : 1000 1298( 2011) 02 0039 04 文献标识码 : A
魏道 高 等 : 多桥驱动车辆越障时轴荷动态分配研究
41
其中 式中 F2
= arcsin
h L
(F 1 + F 2 + F 3 ) + F 4 ( sin - cos ) = 0 F 1 + F 2 + F 3 + F 4 ( sin + cos ) - G = 0 F 1 ( R sin + L cos ) + F 2 [ R sin + (L - L 1 ) cos ] + F 3 [ R sin + (L - 2 L 1 ) cos ] + RF 4 - G [ (L - a ) cos - hc sin ] = 0 F 1 ( cos - sin ) (L 1 - L ) + F 2 ( cos - sin )L F 4 [ sin( + ) + cos( + ) ] L 1 - LL1 tan = 0 F 1 ( cos - sin ) ( 2 L 1 - L ) + F 3 ( cos - sin )L 2 F 4 [ sin( + ) + cos( + ) ] L1 - 2 LL 1 tan = 0 cos ) ( 4) 式中 F4 ( 7) 台阶作用在第 4 桥车轮地面的反作用 力, N 第 1 、 2 、 3 桥车轮所受地面垂直 反力, 数值上等于各桥轴荷 , N
( a) 第 1 桥 ( b) 第 2桥 ( c) 第 3 桥 ( d) 第 4 桥
F 1 ( sin - cos ) + (F 2 + F 3 + F 4 ) = 0 F 1 ( sin + cos ) + F 2 + F 3 + F 4 - G = 0 (F 1 + F 2 + F 3 + F 4 ) R (F 2 + 2 F3+ 3 F 4 )L1 + Ga = 0 (L - L1 )F 1 ( sin + cos ) - LF 2 + L1F 4 = 0 (L - 2 L 1 )F 1 ( sin + 其中 式中 F1 cos ) - LF 3 + 2L1F 4 = 0 h R ( 1) 式中
) ]L - F 4 ( cos F 1 ( cos -
sin )L 1 + L (L - L 1 ) tan = 0
sin ) ( 2L 1 - L ) + F 3 ( cos - sin ) L sin )L 1 + L (L - 2L 1 ) tan = 0
2 F 4 ( cos -
( 3)
第 2期
(F 1 + F 3 + F 4 ) + F 2 ( sin - cos ) = 0 F 1 + F 2 ( sin + cos ) + F 3 + F 4 - G = 0
= arcsin 1-
台阶作用于第 1 桥车轮地面的反作用 力, N 第 2 、 3、 4 桥车轮所受地面垂直
F 2、 F 3、 F4
收稿日期 : 2009 12 10 修回日期 : 2010 02 10
[ 1~ 2]
。本文通过建立四桥驱动车辆越障时轴荷
[ 2, 6]
动态分配的动力学模型, 对该山地越野车辆进行数值 计算与分析, 为车桥的可靠性设计提供理论依据 。
1 越障动力学模型
该四桥驱动车辆左右对称 , 可简化为图 1 所示 的 1 /2 模型, 设相邻两桥轴距相等, 为 L 1, 忽略阻尼 作用 , 将轮胎和悬架线刚度简化为弹簧 , 整车质量简 化为集中质量。为了分析各桥越障轴荷动态分配规 律, 分别建立各桥车轮越台阶时动力学模型。
衡方程式 , 以及由各悬架弹簧变形量与车辆结构参 数关系得到 的补充 方程联 立方 程组 , 求 解车辆 第 1桥越 台阶 时各 桥 轴荷 分配 , 具 体推 导过 程见 文 献[3 , 7 ]。
M O 1 = 0 建立其力与力矩动力学平
图 1 各桥依次越台阶受力分析图 F ig. 1 Schema tic chart of force w ith 4 ax le crossing obstac le
反力 , 数值上等于各桥轴荷 地面附着系数 R L1 L a 轮胎半径, m 第 1 桥至第 2 桥轴距, m 车辆第 1 桥至第 4 桥总轴距 , m 整车质心到第 1桥轴心距离 , m 台阶对轮胎 反作用 力与水平 面夹角 , h rad 第 1 桥在一定的地面附着系数工况下 越障高度, m 由式 ( 1 ) 可求得第 1 桥越台阶时, 各桥轴荷为
F 1 ( R sin +L cos ) +F 2 [ (L - L 1 ) cos ( sin + cos ) + R ] + R (F 3 + F 4 ) - G [ (L - a) cos - hc sin ] = 0 F 1 ( cos sin ) (L 1 - L ) + F 2 [ sin( + ) + cos( +
0 1~ 1 0 越障时各桥轴荷分配量 , 结果表 明 , 该 车辆越 障时轴 荷动 态分 配值差 异较 大 , 第 4 桥 轴荷总 是呈 现较大
Calculation of Dynam ic Axle load of 4 axle Driven Vehicle C rossing Obstacle
Abstract A 4 ax le driv en h ill terra in veh icle w as m ade in Ch in a . To i m prove th e veh icle fatigue streng th and re liability, th e dynam icsm ode ls of 4 ax le load w ere founded when it crossing obstac le. A ccordin g to the dynam ics m odels, the ax le lo ad d istributions o f the veh icle crossing obstac le w ere calcu lated when off road adhesio n coefficient is 0 1~ 1 0 . The resu lts show ed its ax le load d istr ibutions had m ore d ifferen t am ong 4 ax le w hen the veh icle crossing obstac le , th e distrib ution law w as ana ly zed . T he desig n of 4 ax le different streng th and i m prov ing the 4 ax le streng th w as put forw ard . T he paper prov ided a m athem atic m odel for re liab ility design and opt i m izing d istribu tio n of torque w hen the h ill ground crossing obstacle . K ey w ords O ff road veh icle , C rossing obstacle , Ax le load , Re liab ility 难题
G 11 = F 1 ( sin + G 12 = F 2 G 13 = F 3 G 14 = F 4 G 11、 G 12、 G 13、 G 14
cos ) ( 2)
第 1 桥越台阶时各桥轴 荷, N
式 ( 1) 、 ( 2 ) 即为动力学模型。 1 2 第 2 、 3 、 4桥越障轴荷计算模型 根据图 1 , 同理 1 1 节, 可得第 2 、 3 、 4 桥越台阶 时各桥轴荷分配的动力学模型。 1 2 1 第 2 桥计算模型 第 2 桥越台阶时 , 建立其力与力矩动力学平衡 方程式, 以及各悬架弹簧变形量与车辆结构参数关 系补充方程的联立方程组
农 业 机 械 学 报
第 42 卷 第 2 期
多桥驱动车辆越障时轴荷动态分配研究
魏道高
1
*
区颖刚
2
杨丹彤
2
刘庆庭
2
( 1. 合肥工业大学机械与汽车工程学院 , 合肥 230009; 2 . 华南农业大学南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验 室 , 广州 510642) 摘要 轴荷动态分配规律是影响多桥驱动非路 面车辆可靠 性的主要 因素 , 为 了获得越 障时的 轴荷 , 建立了 为
W ei Daogao
1
Ou Y inggang
2
Y ang D antong
2
L iu Q ingt ing
2
(1 . Schoo l of M echanical and A uto m o tive Engineering, H efei Un iver sity of T echnology, H efei 230009 , Ch ina 2. K ey Laboratory of K ey T echnology on A griculturalM ach ine and Equipm ent, M inistry of Education, South China A gricultural Univers ity, Guangzhou 510642, China)
四桥驱动越障时轴荷动 态分 配 动力 学模 型。对 某型 四桥 驱 动山 地车 辆 进行 了计 算 与分 析 , 获 得附 着 系数 值 , 导致各桥的疲劳寿命不一致。 关键词 : 非路面车辆 中图分类号 : U 463 6 越障 轴荷 可靠性 文章编号 : 1000 1298( 2011) 02 0039 04 文献标识码 : A
魏道 高 等 : 多桥驱动车辆越障时轴荷动态分配研究
41
其中 式中 F2
= arcsin
h L
(F 1 + F 2 + F 3 ) + F 4 ( sin - cos ) = 0 F 1 + F 2 + F 3 + F 4 ( sin + cos ) - G = 0 F 1 ( R sin + L cos ) + F 2 [ R sin + (L - L 1 ) cos ] + F 3 [ R sin + (L - 2 L 1 ) cos ] + RF 4 - G [ (L - a ) cos - hc sin ] = 0 F 1 ( cos - sin ) (L 1 - L ) + F 2 ( cos - sin )L F 4 [ sin( + ) + cos( + ) ] L 1 - LL1 tan = 0 F 1 ( cos - sin ) ( 2 L 1 - L ) + F 3 ( cos - sin )L 2 F 4 [ sin( + ) + cos( + ) ] L1 - 2 LL 1 tan = 0 cos ) ( 4) 式中 F4 ( 7) 台阶作用在第 4 桥车轮地面的反作用 力, N 第 1 、 2 、 3 桥车轮所受地面垂直 反力, 数值上等于各桥轴荷 , N
( a) 第 1 桥 ( b) 第 2桥 ( c) 第 3 桥 ( d) 第 4 桥
F 1 ( sin - cos ) + (F 2 + F 3 + F 4 ) = 0 F 1 ( sin + cos ) + F 2 + F 3 + F 4 - G = 0 (F 1 + F 2 + F 3 + F 4 ) R (F 2 + 2 F3+ 3 F 4 )L1 + Ga = 0 (L - L1 )F 1 ( sin + cos ) - LF 2 + L1F 4 = 0 (L - 2 L 1 )F 1 ( sin + 其中 式中 F1 cos ) - LF 3 + 2L1F 4 = 0 h R ( 1) 式中
) ]L - F 4 ( cos F 1 ( cos -
sin )L 1 + L (L - L 1 ) tan = 0
sin ) ( 2L 1 - L ) + F 3 ( cos - sin ) L sin )L 1 + L (L - 2L 1 ) tan = 0
2 F 4 ( cos -
( 3)
第 2期
(F 1 + F 3 + F 4 ) + F 2 ( sin - cos ) = 0 F 1 + F 2 ( sin + cos ) + F 3 + F 4 - G = 0
= arcsin 1-
台阶作用于第 1 桥车轮地面的反作用 力, N 第 2 、 3、 4 桥车轮所受地面垂直
F 2、 F 3、 F4
收稿日期 : 2009 12 10 修回日期 : 2010 02 10
[ 1~ 2]
。本文通过建立四桥驱动车辆越障时轴荷
[ 2, 6]
动态分配的动力学模型, 对该山地越野车辆进行数值 计算与分析, 为车桥的可靠性设计提供理论依据 。
1 越障动力学模型
该四桥驱动车辆左右对称 , 可简化为图 1 所示 的 1 /2 模型, 设相邻两桥轴距相等, 为 L 1, 忽略阻尼 作用 , 将轮胎和悬架线刚度简化为弹簧 , 整车质量简 化为集中质量。为了分析各桥越障轴荷动态分配规 律, 分别建立各桥车轮越台阶时动力学模型。
衡方程式 , 以及由各悬架弹簧变形量与车辆结构参 数关系得到 的补充 方程联 立方 程组 , 求 解车辆 第 1桥越 台阶 时各 桥 轴荷 分配 , 具 体推 导过 程见 文 献[3 , 7 ]。
M O 1 = 0 建立其力与力矩动力学平
图 1 各桥依次越台阶受力分析图 F ig. 1 Schema tic chart of force w ith 4 ax le crossing obstac le
反力 , 数值上等于各桥轴荷 地面附着系数 R L1 L a 轮胎半径, m 第 1 桥至第 2 桥轴距, m 车辆第 1 桥至第 4 桥总轴距 , m 整车质心到第 1桥轴心距离 , m 台阶对轮胎 反作用 力与水平 面夹角 , h rad 第 1 桥在一定的地面附着系数工况下 越障高度, m 由式 ( 1 ) 可求得第 1 桥越台阶时, 各桥轴荷为
F 1 ( R sin +L cos ) +F 2 [ (L - L 1 ) cos ( sin + cos ) + R ] + R (F 3 + F 4 ) - G [ (L - a) cos - hc sin ] = 0 F 1 ( cos sin ) (L 1 - L ) + F 2 [ sin( + ) + cos( +
0 1~ 1 0 越障时各桥轴荷分配量 , 结果表 明 , 该 车辆越 障时轴 荷动 态分 配值差 异较 大 , 第 4 桥 轴荷总 是呈 现较大
Calculation of Dynam ic Axle load of 4 axle Driven Vehicle C rossing Obstacle
Abstract A 4 ax le driv en h ill terra in veh icle w as m ade in Ch in a . To i m prove th e veh icle fatigue streng th and re liability, th e dynam icsm ode ls of 4 ax le load w ere founded when it crossing obstac le. A ccordin g to the dynam ics m odels, the ax le lo ad d istributions o f the veh icle crossing obstac le w ere calcu lated when off road adhesio n coefficient is 0 1~ 1 0 . The resu lts show ed its ax le load d istr ibutions had m ore d ifferen t am ong 4 ax le w hen the veh icle crossing obstac le , th e distrib ution law w as ana ly zed . T he desig n of 4 ax le different streng th and i m prov ing the 4 ax le streng th w as put forw ard . T he paper prov ided a m athem atic m odel for re liab ility design and opt i m izing d istribu tio n of torque w hen the h ill ground crossing obstacle . K ey w ords O ff road veh icle , C rossing obstacle , Ax le load , Re liab ility 难题
G 11 = F 1 ( sin + G 12 = F 2 G 13 = F 3 G 14 = F 4 G 11、 G 12、 G 13、 G 14
cos ) ( 2)
第 1 桥越台阶时各桥轴 荷, N
式 ( 1) 、 ( 2 ) 即为动力学模型。 1 2 第 2 、 3 、 4桥越障轴荷计算模型 根据图 1 , 同理 1 1 节, 可得第 2 、 3 、 4 桥越台阶 时各桥轴荷分配的动力学模型。 1 2 1 第 2 桥计算模型 第 2 桥越台阶时 , 建立其力与力矩动力学平衡 方程式, 以及各悬架弹簧变形量与车辆结构参数关 系补充方程的联立方程组
