CN108229077A - 卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法 - Google Patents

卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法，涉及车辆仿真模拟的技术领域，包括转向系统和悬架系统；在所述转向系统和所述悬架系统上建立若干个坐标系；通过若干个不同的所述坐标系建立了所述转向系统和所述悬架系统之间的联系，且能给出所述悬架系统和所述转向系统的组合所对应的干涉量，解决在现在设计的卡车转向系统和悬架系统无法计算在制动时两者的干涉量，因此无法保证干涉量的范围的技术问题。

Description

卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法
技术领域
本发明涉及车辆仿真模拟技术领域，尤其是涉及一种卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法。
背景技术
轻型卡车在我国销量巨大，用途广泛，保证轻卡的舒适性、安全性是对车厂的基本要求。轻型卡车由其特殊的转向系统决定了转向系统与悬架系统之间的耦合性。这种耦合性对于车辆在制动过程中的安全性有着重要的影响，小的耦合量能够通过系统柔性或间隙吸收，但是大的干涉量会导致车辆在制动过程中发生偏转，发生制动跑偏，轻则偏离车道，重则发生交通事故。因此在设计卡车转向系统和悬架系统时必须能够预测在制动时两者的干涉量，以保证干涉量在可以接受的范围内。传统的设计方法都是通过经验公式，在车辆静态时做实验测量。
但是现有技术中的方法耗费大量的人力物力，因此如何使设计人员在设计之初计算所设计系统的干涉量值，并根据实际情况做出修正，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法，以缓解现有技术中存在的在现在设计的卡车转向系统和悬架系统无法计算在制动时两者的干涉量，因此无法保证干涉量的范围的技术问题。
本发明提供的一种卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法，包括：转向系统和悬架系统；
在所述转向系统和所述悬架系统上建立若干个坐标系；通过若干个不同的所述坐标系建立了所述转向系统和所述悬架系统之间的联系，且能给出所述悬架系统和所述转向系统的组合所对应的干涉量。
进一步地，所述悬架系统包括：板簧；
在所述板簧的端部设置有坐标系0。
进一步地，所述卡车包括：车架；
所述坐标系0与所述车架固定，且原点在所述板簧的前吊耳处，纵向为Y向，侧向为X向，垂向为Z向。
进一步地，在所述板簧的中部设置有坐标系1。
进一步地，所述卡车还包括：前桥；
在所述前桥的端部设置有坐标系2。
进一步地，所述坐标系2与所述前桥固定，且原点在所述前桥的主销的安装孔上表面中心处，侧向平面与XZ面重合，且X坐标轴与安装孔的上表面重合，Z向为安装孔的轴线方向，Y向为与X向、Z向垂直的方向。
进一步地，坐标系3与主销固定，且原点与坐标系2的原点重合，Z向与坐标系2的Z向重合，X向和Y向分别与坐标系2的X向和Y向有一定夹角。
进一步地，在实际的制动过程中，坐标系1会相对于坐标系0发生平移和旋转运动，坐标系2相对于坐标系1没有相对运动，坐标系3相对于坐标系2会产生绕Z轴的旋转运动。
进一步地，所述转向系统包括：转向节和转向机；
在所述转向节中的球头与所述转向机中的球头之间安装直拉杆。
进一步地，当所述板簧发生变型后，坐标系1相对于坐标系轴0的X轴产生了相对运动，要想让两个所述球头之间的距离保持不变，车轮轮轴需转过一定角度，所述角度就是车轮转过的角度。
采用本发明提供的卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法，具有以下有益效果：
本发明提供的卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法，包括：转向系统和悬架系统；在转向系统和悬架系统上建立若干个坐标系；通过若干个不同的坐标系建立了转向系统和悬架系统之间的联系，且能给出悬架系统和转向系统的组合所对应的干涉量。
传统的设计方法都是通过经验公式，在车辆静态时做实验测量。此方法耗费大量的人力物力，因此本发明提出了一种卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法，用于设计人员在设计之初预测所设计系统的干涉量值，并根据实际情况做出修正。只需要给出设计参数，就能利用本方法计算两个系统的干涉量。从而减小了大量的人力物力，并且，使得制动跑偏，轻则偏离车道，重则发生交通事故的事件大大减少。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法的坐标轴布置图；
图2为本发明实施例提供的隐藏轮轴后的坐标轴布置图。
图标：100－车架；200－板簧；210－前吊耳；300－前桥；400－安装孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图1为本发明实施例提供的卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法的坐标轴布置图；图2为本发明实施例提供的隐藏轮轴后的坐标轴布置图。
请参照图1和图2，下面将结合附图对本发明实施例提供的卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法做详细说明。
本发明至少一个实施例提供的一种卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法，包括：转向系统和悬架系统；
在转向系统和悬架系统上建立若干个坐标系；通过若干个不同的坐标系建立了转向系统和悬架系统之间的联系，且能给出悬架系统和转向系统的组合所对应的干涉量。
首先，为了定量的描述转向系统与悬架系统之间的干涉量，需要定义几个概念，悬架系统板簧200的水平位移，悬架系统板簧200的垂直位移，悬架系统板簧200的旋转角度，车轮轮轴转过的角度。此方法分析的就是当悬架系统发生了水平，垂向和旋转的变形量后，会引起车轮轮轴转过多少角度。同样的变形量，车轮轮轴转过的角度越大，说明转向系统与悬架系统的干涉量越大。而悬架系统与转向系统之间的干涉对于车轮轮轴的影响不是直接的，所以本发明至少一个实施例提供的卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法建立了两者的联系，并且能给出不同悬架系统和转向系统的组合对应的干涉量。
为了定量描述悬架系统板簧200的变形以及车轮轮轴的角度，建立了坐标系，如下图1和2所示，选定4个坐标系，坐标系0，坐标系1，坐标系2，坐标系3。
坐标系0与车架100固定，且原点在板簧200的前吊耳210处，纵向为Y向，侧向为X向，垂向为Z向。
坐标系1与板簧200固定，且原点在板簧200最上面一片的纵向平分面内，纵向为Y向，侧向为X向，垂向为Z向。
坐标系2与前桥300固定，且原点在前桥300主销安装孔400上表面的中央，侧向平面与XZ面重合，且X坐标轴与安装孔400的上表面重合，Z向为安装孔400的轴线方向，Y向为与X向、Z向垂直的方向。
坐标系3与主销固定，且原点与坐标系2的原点重合，Z向与坐标系2的Z向重合，X向和Y向分别与坐标系2的X向和Y向有一定夹角。
为了方便描述，这里的坐标系0的坐标在图中是坐标为：X0、Y0、Z0；坐标系1的坐标在图中是坐标为：X1、Y1、Z1；坐标系2的坐标在图中是坐标为：X2、Y2、Z2；坐标系3的坐标在图中是坐标为：X3、Y3、Z3。
另外，悬架系统包括：板簧200；
在板簧200的端部设置有坐标系0。
其中，卡车包括：车架100；
坐标系0与车架100固定，且原点在板簧200的前吊耳210处，纵向为Y向，侧向为X向，垂向为Z向。
并且，在板簧200的中部设置有坐标系1。
由于，卡车还包括：前桥300；
在前桥300的端部设置有坐标系2。
进一步地，坐标系2与前桥300固定，且原点在前桥300的主销的安装孔400上表面中心处，侧向平面与XZ面重合，且X坐标轴与安装孔400的上表面重合，Z向为安装孔400的轴线方向，Y向为与X向、Z向垂直的方向。
坐标系3与主销固定，且原点与坐标系2的原点重合，Z向与坐标系2的Z向重合，X向和Y向分别与坐标系2的X向和Y向有一定夹角。
在实际的制动过程中，坐标系1会相对于坐标系0发生平移和旋转运动，坐标系2相对于坐标系1没有相对运动，坐标系3相对于坐标系2会产生绕Z轴的旋转运动。
这里，转向系统包括：转向节和转向机；
在转向节中的球头与转向机中的球头之间安装直拉杆。
当板簧200发生变型后，坐标系1相对于坐标系轴产生了相对运动，要想让两个球头之间的距离保持不变，车轮轮轴需转过一定角度，角度就是车轮转过的角度。
在实际的制动过程中，坐标系1会相对于坐标系0发生平移和旋转运动，坐标系2相对于坐标系1没有相对运动，坐标系3相对于坐标系2会产生绕Z轴的旋转运动。由于转向节中的球头与转向机中的球头之间装了直拉杆，所以两个球头之间的距离要保持不变。也就是说，当板簧200发生变型后，坐标系1相对于坐标系0的X轴产生了相对运动，要想让两个球头之间的距离保持不变，车轮轮轴必须转过一定角度。此角度就是最终车轮转过的角度。
设：
p3：球头在坐标系3中的位置
坐标系3相对于坐标系2的姿态
θ：轮胎绕主销转动角度，deg，左转为正，(坐标系3相对于坐标系2转动的角度)
p2：球头在坐标系2中的位置
根据连杆结构的位置与姿态关系，可以得出
同理，坐标系2在坐标系1中的相对位置可以表示如下，
1p2：坐标系2的原点在坐标系1中的位置
坐标系2相对于坐标系1的姿态
主销内倾角取反，单位为，deg，(坐标系2相对于坐标系1沿Y轴旋转的角度)
φ：主销后倾角取反，单位为，deg，(坐标系2相对于坐标系1沿X轴旋转的角度)
所以，球头在坐标系1中的坐标为
p1：球头在坐标系1中的位置
依次类推，坐标系1在坐标系0中的相对位置可以表示如下，
0p1：坐标系1的原点在坐标系0中的位置
坐标系1相对于坐标系0的姿态
ω：前桥300翻转的角度，单位为，deg，向前为正(坐标系1相对于坐标系0沿X轴旋转的角度)
所以，球头在坐标系0中的坐标为
综合上述各式，得出
将上述值带入得到
其中，
A1＝(p3xs2s3-p3yc2)
B1＝(p3xc2+p3ys2s3)
C1＝(p1x+p2x+p3zs2c3)
A2＝(p3xc3c4-p3ys2s4-p3xc2s3s4)
B2＝(p3xs2s4-p3yc2s3s4+p3yc2c4)
C2＝(p1y-p3zs3c4-p2zs4-p3zc2c3c4+p2yc4)
A3＝(p3ys2c4+p3xc2s3c4+p3xc3s4)
B3＝(p3yc2c4-p3xs2c4+p3yc2s3c4)
C3＝(p2zc4-p3zs3s4+p3zc2c3c4+p1z+p2ys4)
得到了球头位置在坐标系0中的位置，只需要计算两个球头之间的距离不变时，对应的车轮轮轴的偏转角，就得到了车轮的偏转角。
qp：另一个球头点在坐标系0中的位置
L：两个球头点的实际距离
||0pqp||＝L
在实际应用过程中，得知了板簧200的变形后，带入上式即可求得θ，即车轮轮轴的实际偏角。在设计中，如果板簧200变形导致的车轮轮轴偏角过大，即可适当调整设计的转向系统的结构尺寸或悬架系统板簧200的刚度，安装位置等来使得设计满足要求。
以上对本发明的卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法进行了说明，但是，本发明不限定于上述具体的实施方式，只要不脱离权利要求的范围，可以进行各种各样的变形或变更。本发明包括在权利要求的范围内的各种变形和变更。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法，其特征在于，包括：转向系统和悬架系统；
在所述转向系统和所述悬架系统上建立若干个坐标系；通过若干个不同的所述坐标系建立了所述转向系统和所述悬架系统之间的联系，且能给出所述悬架系统和所述转向系统的组合所对应的干涉量。
2.根据权利要求1所述的卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法，其特征在于，所述悬架系统包括：板簧；
在所述板簧的端部设置有坐标系0。
3.根据权利要求2所述的卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法，其特征在于，所述卡车包括：车架；
所述坐标系0与所述车架固定，且原点在所述板簧的前吊耳处，纵向为Y向，侧向为X向，垂向为Z向。
4.根据权利要求2所述的卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法，其特征在于，在所述板簧的中部设置有坐标系1。
5.根据权利要求4所述的卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法，其特征在于，所述卡车还包括：前桥；
在所述前桥的端部设置有坐标系2。
6.根据权利要求5所述的卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法，其特征在于，所述坐标系2与所述前桥固定，且原点在所述前桥的主销的安装孔上表面中心处，侧向平面与XZ面重合，且X坐标轴与安装孔的上表面重合，Z向为安装孔的轴线方向，Y向为与X向、Z向垂直的方向。
7.根据权利要求6所述的卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法，其特征在于，坐标系3与主销固定，且原点与所述坐标系2的原点重合，Z向与所述坐标系2的Z向重合，X向和Y向分别与所述坐标系2的X向和Y向有一定夹角。
8.根据权利要求7所述的卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法，其特征在于，在实际的制动过程中，所述坐标系1会相对于所述坐标系0发生平移和旋转运动，所述坐标系2相对于所述坐标系1没有相对运动，所述坐标系3相对于所述坐标系2会产生绕Z轴的旋转运动。
9.根据权利要求2所述的卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法，其特征在于，所述转向系统包括：转向节和转向机；
在所述转向节中的球头与所述转向机中的球头之间安装直拉杆。
10.根据权利要求9所述的卡车转向系统与悬架系统干涉量的分析方法，其特征在于，当所述板簧发生变型后，坐标系1相对于坐标系0的X轴产生了相对运动，要想让两个所述球头之间的距离保持不变，车轮轮轴需转过一定角度，所述角度就是车轮转过的角度。
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