姜岳平



某两轴重型载货汽车车轮动态荷载的研究分析

姜岳平

（苏州建设交通高等职业技术学校，江苏 苏州 215104）

文章采用滤波白噪声法生成路面不平度时域模型，建立了车辆动力学模型，并用Simulink软件进行动力学仿真，分析了不同类型的的路面、车速、轴重、悬架阻尼和刚度等因素对车轮动载荷以及载荷系数的影响，根据所得结论提出了最优解决方案。结果表明：降低车速、汽车轴重、悬架刚度、增加悬架阻尼都可以减小车轮的动载荷，进而减小振动、提高行驶的平顺性。

路面不平度；车轮；动力学模型；动载荷

前言

目前车辆运行平顺性是衡量汽车的主要性能之一。当路面凹凸平的路面时，车辆行驶受到阻碍上下颠簸，车身不平稳，干扰到汽车运行中的平顺性和舒适性，合成为车辆动荷载。本课题拟采用系统动力学的方法，建立某型载货汽车的动力学模型，研究车辆对路面的动载荷和动载系数以及相应的影响因素。

1 路面模型的构建

式中，()为白噪声函数；为路面不平度系数；为车辆速度，m/s；G()为路面功率谱密度。

2 车辆动力学模型的构建

研究车辆的动力响应时，常常将汽车简化为弹簧—质量—阻尼系统。本文以两轴货车为研究对象，将车身质量分解到前轴、质心和后轴这三处，分别对前悬架和后悬架研究，即得到了四分之一车辆模型。

图1 四分之一车辆模型

图1中各参数的意义为：2是悬挂质量，即为车身质量，单位是kg；1是非悬挂质量，即车轮质量，单位是kg；K是弹簧刚度，单位是N/m；C为是减震器的阻尼系数，单位是Ns/m；K是轮胎的刚度，单位是N/m；1、2分别为车轮与车身垂直坐标位移，单位是m；q为路面不平度激励，单位是m。

表1 某二轴重型载货车的后轴相关参数

建立如图2所示的仿真模型，假设速度为20m/s，路面类型为B级路面。

图2中 velocity为车辆速度，0.111为调整后的路面不平度系数，Scope输出路面不平度函数如图3所示。

图3 路面不平度系数

（横坐标表示仿真时间，ms；纵坐标表示车轮动载，N）

可构建车身加速度幅频特性仿真模型，模型如图4所示。

图4 车身的加速度幅频特性仿真模型

车轮相对荷载幅频特性仿真模型，模型如图5所示。

图5 车轮相对荷载幅值特性仿真模型

3 结果分析

3.1 车速影响

假设车辆速度分别为20m/s、40m/s以及80m/s，在B级路面行驶，仿真分析车轮的响应。如图6-图7所示（横坐标表示仿真时间，ms；纵坐标表示车轮动载N）。

图6 车速20km/h下，车轮动载

图7 车速40m/h下，车轮动载

得出结论：汽车速度增加，动荷载系数增加。因此，可以减低车速来减小车轮所受荷载。

3.2 路面平面度的影响

当车速为30m/s时，模拟车辆行驶在A、C、两种不同等级的路面上，对车轮动载仿真结果如图8-9所示（横坐标表示仿真时间，ms；纵坐标表示车轮动载，N）。

图8 A级路面下，车轮动载

图9 C级路面下，车轮动载

随着路面等级的提高，车辆所受动荷载和动载系数也会增大。行驶在不同路面上的车辆受到的随机动荷载有很大的不同，同时也会随着路面等级的变化而增大。

3.3 不同轴重对车轮动荷载的影响

采用等效的方法，将重型货车载重质量等效到车身质量，即，将车身质量分别等效为5000kg，6500kg，9000kg，其他条件不变。图10-11是车辆动载仿真图（横坐标表示仿真时间，ms；纵坐标表示车轮动载，N）。

图10 等效质量5000kg下车轮动载

图11 等效质量6500kg下车轮动载

车辆作用于路面的动荷载随着轴重的增加而增加，而且变化较为明显。因此，为了减小对路面的疲劳损伤，应当适当减轻轴重。

4 结论

研究结果显示，车速的降低、轴重减少、悬架刚度减小、悬架阻尼的增大可以减小车轮的动荷载，从而较少车辆的振动，提高行驶平顺性。

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[6] 余志生.汽车理论.[M]机械工业出版社,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，就职于苏州建设交通高等职业技术学校。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.064