朱利超，章健國(guó)，周云波

（安徽江淮汽車股份有限公司商用車研究院，安徽 合肥 230601）

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某越野車越壕能力計(jì)算

朱利超，章健國(guó)，周云波

（安徽江淮汽車股份有限公司商用車研究院，安徽 合肥 230601）

摘 要：基于8×8越野車獨(dú)立懸架匹配計(jì)算，各種參數(shù)的設(shè)定均為理想狀態(tài)，整車質(zhì)心為在數(shù)模中計(jì)算所得，彈簧剛度取滿載時(shí)的剛度，忽略越壕過(guò)程中的剛度變化，且整車軸荷為估算值。通過(guò)設(shè)定不同地面摩擦系數(shù)的情況下，建立數(shù)學(xué)模型，計(jì)算第一、第三軸越壕寬度以及各軸所需驅(qū)動(dòng)力。該計(jì)算方法也適用于輕、中型越野車越壕能力計(jì)算。

關(guān)鍵詞：越壕寬度；驅(qū)動(dòng)力；計(jì)算方法；車輛機(jī)動(dòng)性能

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.044

CLC NO.: U467.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)02-121-03

前言

隨著汽車技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，越野車使用環(huán)境的多樣化、復(fù)雜化程度也在不斷加重，因此對(duì)越野車機(jī)動(dòng)性的要求也在不斷提高。越壕能力作為評(píng)價(jià)越野車機(jī)動(dòng)性高低的關(guān)鍵指標(biāo)之一，對(duì)越野車行走系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)也提出了更高的要求，懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)力分配的合理性是決定越野車越壕能力高低的關(guān)鍵因素。本文以8×8全獨(dú)立懸架車輛為例，討論越壕能力的計(jì)算。

1、8×8越野車越壕數(shù)學(xué)模型建立

圖1為8×8全獨(dú)立懸架車輛，該車左右對(duì)稱，可簡(jiǎn)化為圖1～圖3所示的1/2模型，設(shè)第1橋至第2橋、3橋、4橋的軸距依次為L(zhǎng)1,L2,L3,忽略阻尼將獨(dú)立懸架簡(jiǎn)化為彈簧，整車質(zhì)量簡(jiǎn)化為集中質(zhì)量。假設(shè)各橋的懸架剛度為k，由于越壕時(shí)重心移動(dòng)，各橋承載變形量不等，設(shè)各橋懸架彈簧變形量為y1,y2,y3,y4,且設(shè)作用在各車輪上的地面反力與懸架變形量成線性關(guān)系。為了分析各橋越壕能力的差異以及影響因素，分別建立第1～第4橋獨(dú)立懸架車輪物理模型。

1.1 整車模型

圖1 整車示意圖

以O(shè)1為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系X O1Y，由∑Fx=0、∑Fy=0和∑Mo1=0建立其力學(xué)平衡方程。

式中F1是臺(tái)階作用于第1橋車輪地面反作用力；F2、F3、F4分別是第2～第4橋車輪所受地面垂直反力；φ是地面附著系數(shù)；R輪胎半徑；L1,L2,L3為由前至后相鄰兩橋的軸距；a是整車質(zhì)心到第1橋軸心距離；α是F1與水平面夾角。

由圖1及作用在各車輪上的地面發(fā)力與懸架變形量關(guān)系，可得如下方程式。

第1橋越臺(tái)階時(shí)，整車質(zhì)心移動(dòng)、軸荷重新分配導(dǎo)致各承載簧變形量不等，由各獨(dú)立懸架彈簧變形量與車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)關(guān)系可得如下補(bǔ)充方程。

將式（3）代入式（4）得關(guān)于各橋輪胎所受地面反作用力與車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)及越壕能力表達(dá)式的補(bǔ)充方程。

由以上方程式和力學(xué)平衡原理得出各橋受力示意圖。

1.2 第1橋越壕模型

圖2 第1橋越壕示意圖

根據(jù)圖1、圖2，以及式1-式5，將越壕寬度計(jì)算轉(zhuǎn)換成越過(guò)臺(tái)階高度計(jì)算。

式中F1是臺(tái)階作用于第1橋車輪地面反作用力；F2、F3、F4分別是第2、第3和第4橋車輪所受地面反力；hc是整車質(zhì)心到O1、O4連線的垂直距離；β是軸心O1、O4連線與水平面夾角，根據(jù)幾何關(guān)系得：

基于臨界狀態(tài)，F(xiàn)2=0，此時(shí)轉(zhuǎn)化成三軸車過(guò)臺(tái)階模型為：

其中sin(α-β)+φcos(α-β)=(sinα+φcosα)cosβ+(φsinα-cosα)sinβ根據(jù)圖1、圖2，以及式1～式5，將越壕寬度計(jì)算轉(zhuǎn)換成越過(guò)臺(tái)階高度計(jì)算，由該模型可求得變量F1、F2、F3、F4

和h數(shù)值。再由汽車?yán)碚撆c幾何函數(shù)算得：

1.3 第3橋越壕模型

圖3 第3橋越壕示意圖

由圖3可知，四軸車此時(shí)通過(guò)壕溝的臨界狀態(tài)為F4=0。這時(shí)可將四軸車轉(zhuǎn)化為三軸車通過(guò)臺(tái)階的型式，所以四軸車跨越壕溝的寬度數(shù)學(xué)模型為：

sin的解法同式（2），由于β很小，一般不大于5°，故sinβ可近似為/3tan=hL

α β以O(shè)4為坐標(biāo)原點(diǎn)，將式（8）轉(zhuǎn)換為：

1.4 小結(jié)

根據(jù)圖1、圖2、圖3，以及式1～式9，將越壕寬度計(jì)算轉(zhuǎn)換成越過(guò)臺(tái)階高度計(jì)算，由該模型可分別求得兩種越壕狀態(tài)時(shí)變量F1、F2、F3、F4和h數(shù)值。再由汽車?yán)碚撆c幾何函數(shù)算得越壕溝寬度ld數(shù)學(xué)模型：

通過(guò)預(yù)先選定的L2、L3、L4、a、R、hc、φ及G的值，進(jìn)行計(jì)算就可以得到h/R與φ之間的關(guān)系。

將式（7）、（8）計(jì)算出的h/R與φ進(jìn)行比較找到hmin，代入式（10）得四軸車的越壕寬度：

但此時(shí)要保證，整車質(zhì)心在2橋、3橋之間，Lmin為四軸中最小的軸距。

2、越壕寬度計(jì)算

某款8×8越野車越壕計(jì)算所需參數(shù)見(jiàn)表1：

表1 某款8×8越野車越壕計(jì)算所需參數(shù)表

越壕能力計(jì)算，代入方程式1～11，可以得到某車在不同附著系數(shù)越壕時(shí)的計(jì)算結(jié)果，以及所需要的各種扭矩，如表2、表3、表4所示。

表2 8×8車輛通過(guò)通過(guò)壕溝時(shí)的臺(tái)階高度計(jì)算值

表3 8×8車輛各軸通過(guò)壕溝寬度計(jì)算值

表4 8×8車輛各軸輪邊扭矩計(jì)算值

發(fā)動(dòng)機(jī)可能傳至輪邊的總驅(qū)動(dòng)力矩為193363，一軸跨越壕溝寬度2.685m，相當(dāng)于0.758m的越障高度，此時(shí)附著系數(shù)為0.88。

發(fā)動(dòng)機(jī)可能傳至輪邊的總驅(qū)動(dòng)力矩為193363，三軸跨越壕溝寬度2.617m，相當(dāng)于0.487m的越障高度，此時(shí)附著系數(shù)為0.99。

3、基于ADAMS的模型驗(yàn)證

在ADAMS軟件中建立模型，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析及模擬計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖4和表5：

圖4 某款8×8越野車ADAMS模型

表5 某款8×8越野車一、三軸最大越壕礙寬度

4、結(jié)論

通過(guò)數(shù)學(xué)模型建立，理論計(jì)算分析8×8越野車越壕能力，并根據(jù)計(jì)算合理選擇懸架剛度和匹配各軸扭矩。模型中各種參數(shù)的設(shè)定均為理想狀態(tài)，整車質(zhì)心為在數(shù)模中計(jì)算所得，彈簧剛度取滿載時(shí)的剛度，忽略越壕過(guò)程中的剛度變化，且整車軸荷為估算值。但通過(guò)ADAMS模擬分析，數(shù)據(jù)與理論計(jì)算誤差較小，表明此數(shù)學(xué)模型可以作為指導(dǎo)越壕能力的理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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Calculation of Cross trench width of Off-road Vehicle

Zhu Lichao, Zhang Jianguo, Zhou Yunbo
（The Commercial vehicle academe of Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601）

Abstract:Matching calculation is based on 8×8 independent suspension off-road vehicles, Set various parameters are ideal state, The vehicle centroid is calculated with Modulus, Stiffness of the spring stiffness to take full load, ignoring the change of the stiffness in the process of over obstacle, and the vehicle axle load for the estimates. By setting the case where different ground friction coefficient, Mathematical model, Calculation of the first and the third axes cross trench width and the driving force required for each axis. This calculation method is also suitable for light and medium-sized sport utility vehicle crossing trench capability calculations.

Keywords:cross trench width; the driving force; computational methods; vehicle mobility

作者簡(jiǎn)介：朱利超，就職于安徽江淮汽車股份有限公司商用車研究院。

中圖分類號(hào)：U467.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988(2016)02-121-03