CN107229785A - 一种商用车转向桥、车架及连接件动力学模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种商用车转向桥、车架及连接件动力学模拟装置，包括前桥模型及后桥模型，其还包括轮胎与减振器的动力学模型、前桥及连接件运动副模型、前桥轮胎与路面连接模型、前桥动力总成及转向直拉杆模型，所述轮胎与减振器的动力学模型包括右前轮胎、右前减震器、左前减震器、及左前轮胎，所述右前轮胎与右前减震器相连接，所述左前减震器与左前轮胎相连接；所述轮胎与减振器的动力学模型用于模拟轮胎与减振器的动力学关系，所述前桥及连接件运动副模型用于模拟前桥及连接件运动副的连接及动力学作用，所述前桥轮胎与路面连接模型用于模拟前桥轮胎与路面之间的驱动与摩擦在内的作用，所述前桥动力总成及转向直拉杆模型用于模拟前桥动力总成及转向直拉杆之间的动力学关系。

Description

一种商用车转向桥、车架及连接件动力学模拟装置

技术领域

本发明属于汽车试验领域，具体涉及一种商用车转向桥、车架及连接件动力学模拟装置。

背景技术

现阶段对于商用车的整车动力学建模方法基本上基于不变形理论为刚体动力学建模，但由于物理的变形理论，基于刚体的建模并不能真实反映物理状态且模型计算精度不高，因此本发明提出一种基于非线性轮胎、柔性车架、以及刚性部件耦合的一种建模方法该刚发可以解决上述计算精度问题。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种商用车转向桥、车架及连接件动力学模拟装置。本发明的技术方案如下：

一种商用车转向桥、车架及连接件动力学模拟装置，包括前桥模型及后桥模型，其还包括轮胎与减振器的动力学模型、前桥及连接件运动副模型、前桥轮胎与路面连接模型、前桥动力总成及转向直拉杆模型，所述轮胎与减振器的动力学模型包括右前轮胎、右前减震器、左前减震器、及左前轮胎，所述右前轮胎与右前减震器相连接，所述左前减震器与左前轮胎相连接；所述轮胎与减振器的动力学模型用于模拟轮胎与减振器的动力学关系，所述前桥及连接件运动副模型用于模拟前桥及连接件运动副的连接及动力学作用，所述前桥轮胎与路面连接模型用于模拟前桥轮胎与路面之间的驱动与摩擦在内的作用，所述前桥动力总成及转向直拉杆模型用于模拟前桥动力总成及转向直拉杆之间的动力学关系。

进一步的，所述前桥及连接件运动副模型包括板簧吊耳旋转副、转向节前端与轮胎旋转副、转向节旋转副、减震力、板簧吊耳后端移动副、对称侧结构及板簧与转向桥固定副，所述板簧吊耳旋转副连接车架及柔体板簧，只允许一个方向的转动，转向节前端与轮胎旋转副在转向节与轮胎轮心安装点处施加，转向节旋转副用于约束转向节与转向桥之间的运动，只允许轴向转动，减震力用于模拟减震器，分别作用于车架减震器支架作用点和悬架板簧作用点，板簧吊耳后端移动副分别作用于车架与悬架板簧上，允许一车架前后方向的移动，板簧与转向桥固定副用于模拟悬架板簧与转向桥的固定连接。

进一步的，所述前桥轮胎与路面连接模型包括右前轮轮胎旋转副及扭矩力、右前减震器与板簧固定副、右前轮轮胎旋转副及扭矩力、轮胎与路面相切点，其中轮胎与转向节连接点施加旋转副，模拟转向节与轮胎之间的相对转动，在旋转副上同时施加扭矩，用来保证轮胎相对于地面的驱动力，减振器下端与板簧固定连接。

进一步的，所述路面选择2D或3D平直路面，或对路面进行路谱扫描，将轮胎与扫描路谱进行关联驱动，轮胎与路面的相切点作用于轮胎的小表面且与路面垂直。

进一步的，所述前桥动力总成及转向直拉杆模型包括动力总成右前衬套、动力总成质心、动力总成变速箱右侧端衬套、动力总成变速箱端左侧衬套、动力总成左前衬套、转向拉杆球铰、转向直拉杆与转向器球铰，通过动力总成变速箱右侧端衬套和动力总成左前衬套连接将动力总成质心、惯量施加于车架上。

进一步的，所述惯量施加于车架上的同时考虑动力总成悬置的压装角度，分别为42,42,20,20度。

本发明的优点及有益效果如下：

1、研究轮胎路面的平顺性，本发明将车架模型柔性化并与刚性部件进行刚柔耦合处理2、提出了以及模型验证和试验的轮胎刚度建模方法3、提出了减振器的模型建模和修正方法。

附图说明

图1是本发明前桥及部分后桥结构示意图；

图2是轮胎与减震器模拟示意图；

图3是前桥及连接件运动模拟示意图；

图4是前桥轮胎与路面模拟示意图；

图5是前桥动力总成及转向直拉杆模拟示意图；

图6是前桥总成结构模拟示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

本发明主要介绍商用车转向桥、车架、轮胎及连接件动力学模拟装置，该模拟装置重点在于模型的运动关系及精度验证。

本发明的详细内容

1、前桥、后桥总体结构

商用车前桥一般包含轮胎、悬架板簧、减震器、转向桥、转向拉杆、转向节等结构构成，如图1所示，前桥及部分后桥结构的动力学模型包含 1-左前轮胎 2-左前减震器 3-左前悬架 4-转向T型拉杆 5-右前减震器 6-右前轮胎 7-右前转向节 8-右前悬架 9-转向桥10-左前转向节 11传动轴 12-后桥构成。

2多体动力学子系统的模型搭建

2.1轮胎与减振器的模型搭建

轮胎与减震器的多体动力学模型如图2所示，商用车后轮为承重轮单侧双胎，前轮为转向轮。前轮与减振器的模型结构如图2所示，由11-右前轮胎12-右前减震器13-左前减震器14-左前轮胎组成。

轮胎采用U轮胎、F轮胎、魔术轮胎等类型进行建模，也可采用模态轮胎进行定义，模态轮胎需要定于车轮各个自由度方向的刚度和阻尼值，需要建立精确地有限元模型。非线性轮胎建模需要输入轮胎的质心、惯量、轮胎轴向刚度、径向刚度、侧偏刚度、滑移刚度等参数。前桥轮胎的安装点选择转向节标记点。轮胎的刚度定义完成后，需要计算轮胎到车身的传递函数和振动响应，用传递函数来校正轮胎模型。

减振器建模方式为弹簧力模拟，减震器的上安装点为车架上减震器安装支座，下安装点在悬架板簧上。输入减震器的刚度和阻尼，精度调整一般根据实验数据进行校正，进行复原阻力，压缩阻力，运动速度的测试。

2.2前桥及连接件运动副建模

前桥的模型包括左右板簧柔性体、左右减振器、左右转向节刚体、转向桥刚体、转向横拉杆刚体等结构构成，每个刚体需要输入质量、质心、惯量等物理参数，柔性体需要定义质量、模态阶次等信息。前桥的运动副如图3所示，由21-板簧吊耳旋转副22-转向节前端与轮胎旋转副23-转向节旋转副24-减震力25-板簧吊耳后端移动副26-对称侧结构27-板簧与转向桥固定副组成。21-板簧吊耳旋转副连接车架及柔体板簧只允许一个方向的转动，22-转向节前端与轮胎连接旋转副在转向节与轮胎轮心安装点处施加。23-转向节旋转副用于约束转向节与转向桥之间的运动，只允许轴向转动，24-减震力用于模拟减震器，分别作用于车架减震器支架作用点和悬架板簧作用点。25-板簧吊耳后端移动副分别作用于车架与悬架板簧上，允许一车架前后方向的移动。27-板簧与转向桥固定副用于模拟悬架板簧与转向桥的固定连接，由于板簧是柔性体存在小变形，因此固定副连接点定义在板簧U型螺栓的中心点，并允许板簧自身存在变形。

2.3前桥轮胎与路面连接

前桥轮胎与路面的连接如图4所示，由31-右前轮轮胎旋转副及扭矩力32-右前减震器与板簧固定副33-右前轮轮胎旋转副及扭矩力34-轮胎与路面相切点组成，其中在轮胎与转向节连接点施加旋转副，模拟转向节与轮胎之间的相对转动，在旋转副上同时施加扭矩，用来保证轮胎相对于地面的驱动力，减振器下端与板簧固定连接，路面选择2D或3D平直路面，也可对路面进行路谱扫描，将轮胎与扫描路谱进行关联驱动，轮胎与路面的相切点作用于轮胎的小表面且与路面垂直。

2.4前桥动力总成及转向直拉杆

前桥动力总成及转向直拉杆的动力学模型由41-动力总成右前衬套42-动力总成质心43-动力总成变速箱右侧端衬套44-动力总成变速箱端左侧衬套45-动力总成左前衬套46-转向拉杆球铰47-转向直拉杆与转向器球铰组成。通过衬套连接将动力总成质心、惯量施加于车架上，同时考虑动力总成悬置的压装角度，分别为42,42,20,20度。前桥的总装结构如图6所示。

3动力学模型验证

3.1柔性体车架模型验证

由于车架一阶模态在4.5Hz因此需要对车架的模态振型进行验证，柔性体车架的CAE模型验证，将CAE计算结果与车架模态的实测结果进行一一对比，并对柔性体车架进行模型修正，修正的效果为1-20Hz一下的模态值误差在5％以内。然后将柔性体车架添加在动力学模型中进行动力学建模搭建。

3.2柔性体板簧的刚度模型验证

柔性体板簧的刚度模型验证，进行板簧柔性体建模，施加板簧之间的非线性接触，将模态文件1-3阶导入到动力学模型中进行装配建模。

板簧刚度拟合，进行动力学装配前，还需要进行板簧的刚度拟合，分别对前板簧、后板簧进行刚度拟合，加载过程中，从2000N-12000N进行加载和卸载试验，用加载力的差值处于静态挠度的差值，得出板簧刚度，工况按照动力学分析工况，空载和满载工况进行刚度拟合。然后将拟合结果与试验结果进行对比，调整拟合结果，将拟合结果验证完毕，进行动力学板簧装配。

3.3减振器刚度阻尼模型验证

减振器刚度阻尼模型验证，主要为试验手段进行，将减振器安装于振动试验台上，减振器伸缩速度从0.05-1.0m/s的速度进行逐级递增的伸缩试验，得出减振器的复原和压缩阻力及速度，进行换算求解出减振器的刚度阻尼，施加到动力学模型中。这样动力学模型可以保证减振器的刚度和阻尼值。

3.4验证系统模态

验证所有子系统的模态，主要包括，动力总成刚体模态、前桥悬架系统的偏频模态、包括转向桥、转向器、转向拉杆、板簧的模态，将模态值进行修正后加入动力学模型中。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (6)

1.一种商用车转向桥、车架及连接件动力学模拟装置，包括前桥模型及后桥模型，其特征在于，还包括轮胎与减振器的动力学模型、前桥及连接件运动副模型、前桥轮胎与路面连接模型、前桥动力总成及转向直拉杆模型，所述轮胎与减振器的动力学模型包括右前轮胎(11)、右前减震器(12)、左前减震器(13)、及左前轮胎(14)，所述右前轮胎(11)与右前减震器(12)相连接，所述左前减震器(13)与左前轮胎(14)相连接；所述轮胎与减振器的动力学模型用于模拟轮胎与减振器的动力学关系，所述前桥及连接件运动副模型用于模拟前桥及连接件运动副的连接及动力学作用，所述前桥轮胎与路面连接模型用于模拟前桥轮胎与路面之间的驱动与摩擦在内的作用，所述前桥动力总成及转向直拉杆模型用于模拟前桥动力总成及转向直拉杆之间的动力学关系。

2.根据权利要求1所述的商用车转向桥、车架及连接件动力学模拟装置，其特征在于，所述前桥及连接件运动副模型包括板簧吊耳旋转副(21)、转向节前端与轮胎旋转副(22)、转向节旋转副(23)、减震力(24)、板簧吊耳后端移动副(25)、对称侧结构(26)及板簧与转向桥固定副(27)，所述板簧吊耳旋转副(21)连接车架及柔体板簧，只允许一个方向的转动，转向节前端与轮胎旋转副(22)在转向节与轮胎轮心安装点处施加，转向节旋转副(23)用于约束转向节与转向桥之间的运动，只允许轴向转动，减震力(24)用于模拟减震器，分别作用于车架减震器支架作用点和悬架板簧作用点，板簧吊耳后端(25)移动副分别作用于车架与悬架板簧上，允许一车架前后方向的移动，板簧与转向桥固定副(27)用于模拟悬架板簧与转向桥的固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的商用车转向桥、车架及连接件动力学模拟装置，其特征在于，所述前桥轮胎与路面连接模型包括右前轮轮胎旋转副及扭矩力(31)、右前减震器与板簧固定副(32)、右前轮轮胎旋转副及扭矩力(33)、轮胎与路面相切点(34)，其中轮胎与转向节连接点施加旋转副，模拟转向节与轮胎之间的相对转动，在旋转副上同时施加扭矩，用来保证轮胎相对于地面的驱动力，减振器下端与板簧固定连接。

4.根据权利要求3所述的商用车转向桥、车架及连接件动力学模拟装置，其特征在于，所述路面选择2D或3D平直路面，或对路面进行路谱扫描，将轮胎与扫描路谱进行关联驱动，轮胎与路面的相切点作用于轮胎的小表面且与路面垂直。

5.根据权利要求1或2所述的商用车转向桥、车架及连接件动力学模拟装置，其特征在于，所述前桥动力总成及转向直拉杆模型包括动力总成右前衬套(41)、动力总成质心(42)、动力总成变速箱右侧端衬套(43)、动力总成变速箱端左侧衬套(44)、动力总成左前衬套(45)、转向拉杆球铰(46)、转向直拉杆与转向器球铰(47)，通过动力总成变速箱右侧端衬套(43)和动力总成左前衬套(45)连接将动力总成质心、惯量施加于车架上。

6.根据权利要求5所述的商用车转向桥、车架及连接件动力学模拟装置，其特征在于，所述惯量施加于车架上的同时考虑动力总成悬置的压装角度，分别为42,42,20,20度。