朱利超，章健国，周云波

（安徽江淮汽车股份有限公司商用车研究院，安徽 合肥 230601）



某越野车越壕能力计算

朱利超，章健国，周云波

（安徽江淮汽车股份有限公司商用车研究院，安徽 合肥 230601）

摘 要：基于8×8越野车独立悬架匹配计算，各种参数的设定均为理想状态，整车质心为在数模中计算所得，弹簧刚度取满载时的刚度，忽略越壕过程中的刚度变化，且整车轴荷为估算值。通过设定不同地面摩擦系数的情况下，建立数学模型，计算第一、第三轴越壕宽度以及各轴所需驱动力。该计算方法也适用于轻、中型越野车越壕能力计算。

关键词：越壕宽度；驱动力；计算方法；车辆机动性能

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

随着汽车技术水平的不断进步，越野车使用环境的多样化、复杂化程度也在不断加重，因此对越野车机动性的要求也在不断提高。越壕能力作为评价越野车机动性高低的关键指标之一，对越野车行走系统的匹配设计也提出了更高的要求，悬架结构设计和驱动力分配的合理性是决定越野车越壕能力高低的关键因素。本文以8×8全独立悬架车辆为例，讨论越壕能力的计算。

1、8×8越野车越壕数学模型建立

图1为8×8全独立悬架车辆，该车左右对称，可简化为图1～图3所示的1/2模型，设第1桥至第2桥、3桥、4桥的轴距依次为L1,L2,L3,忽略阻尼将独立悬架简化为弹簧，整车质量简化为集中质量。假设各桥的悬架刚度为k，由于越壕时重心移动，各桥承载变形量不等，设各桥悬架弹簧变形量为y1,y2,y3,y4,且设作用在各车轮上的地面反力与悬架变形量成线性关系。为了分析各桥越壕能力的差异以及影响因素，分别建立第1～第4桥独立悬架车轮物理模型。

1.1 整车模型

图1 整车示意图

以O1为坐标原点，建立坐标系X O1Y，由∑Fx=0、∑Fy=0和∑Mo1=0建立其力学平衡方程。

式中F1是台阶作用于第1桥车轮地面反作用力；F2、F3、F4分别是第2～第4桥车轮所受地面垂直反力；φ是地面附着系数；R轮胎半径；L1,L2,L3为由前至后相邻两桥的轴距；a是整车质心到第1桥轴心距离；α是F1与水平面夹角。

由图1及作用在各车轮上的地面发力与悬架变形量关系，可得如下方程式。

第1桥越台阶时，整车质心移动、轴荷重新分配导致各承载簧变形量不等，由各独立悬架弹簧变形量与车辆结构参数关系可得如下补充方程。

将式（3）代入式（4）得关于各桥轮胎所受地面反作用力与车辆结构参数及越壕能力表达式的补充方程。

由以上方程式和力学平衡原理得出各桥受力示意图。

1.2 第1桥越壕模型

图2 第1桥越壕示意图

根据图1、图2，以及式1-式5，将越壕宽度计算转换成越过台阶高度计算。

式中F1是台阶作用于第1桥车轮地面反作用力；F2、F3、F4分别是第2、第3和第4桥车轮所受地面反力；hc是整车质心到O1、O4连线的垂直距离；β是轴心O1、O4连线与水平面夹角，根据几何关系得：

基于临界状态，F2=0，此时转化成三轴车过台阶模型为：

其中sin(α-β)+φcos(α-β)=(sinα+φcosα)cosβ+(φsinα-cosα)sinβ根据图1、图2，以及式1～式5，将越壕宽度计算转换成越过台阶高度计算，由该模型可求得变量F1、F2、F3、F4

和h数值。再由汽车理论与几何函数算得：

1.3 第3桥越壕模型

图3 第3桥越壕示意图

由图3可知，四轴车此时通过壕沟的临界状态为F4=0。这时可将四轴车转化为三轴车通过台阶的型式，所以四轴车跨越壕沟的宽度数学模型为：

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

α β以O4为坐标原点，将式（8）转换为：

1.4 小结

根据图1、图2、图3，以及式1～式9，将越壕宽度计算转换成越过台阶高度计算，由该模型可分别求得两种越壕状态时变量F1、F2、F3、F4和h数值。再由汽车理论与几何函数算得越壕沟宽度ld数学模型：

通过预先选定的L2、L3、L4、a、R、hc、φ及G的值，进行计算就可以得到h/R与φ之间的关系。

将式（7）、（8）计算出的h/R与φ进行比较找到hmin，代入式（10）得四轴车的越壕宽度：

但此时要保证，整车质心在2桥、3桥之间，Lmin为四轴中最小的轴距。

2、越壕宽度计算

某款8×8越野车越壕计算所需参数见表1：

表1 某款8×8越野车越壕计算所需参数表

越壕能力计算，代入方程式1～11，可以得到某车在不同附着系数越壕时的计算结果，以及所需要的各种扭矩，如表2、表3、表4所示。

表2 8×8车辆通过通过壕沟时的台阶高度计算值

表3 8×8车辆各轴通过壕沟宽度计算值

表4 8×8车辆各轴轮边扭矩计算值

发动机可能传至轮边的总驱动力矩为193363，一轴跨越壕沟宽度2.685m，相当于0.758m的越障高度，此时附着系数为0.88。

发动机可能传至轮边的总驱动力矩为193363，三轴跨越壕沟宽度2.617m，相当于0.487m的越障高度，此时附着系数为0.99。

3、基于ADAMS的模型验证

在ADAMS软件中建立模型，进行动态分析及模拟计算结果见图4和表5：

图4 某款8×8越野车ADAMS模型

表5 某款8×8越野车一、三轴最大越壕碍宽度

4、结论

通过数学模型建立，理论计算分析8×8越野车越壕能力，并根据计算合理选择悬架刚度和匹配各轴扭矩。模型中各种参数的设定均为理想状态，整车质心为在数模中计算所得，弹簧刚度取满载时的刚度，忽略越壕过程中的刚度变化，且整车轴荷为估算值。但通过ADAMS模拟分析，数据与理论计算误差较小，表明此数学模型可以作为指导越壕能力的理论依据。

参考文献

[1] 中华人民共和国国家标准.GB7258-2012.机动车运行安全技术条件.

[2] 成大先主编.机械设计手册[M](第五版)第5卷.化学工业出版社.2008.

[3] 余志生主编,汽车理论[M](第三版),机械工业出版社,2000.

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

作者简介：朱利超，就职于安徽江淮汽车股份有限公司商用车研究院。

中图分类号：U467.4

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2016)02-121-03