CN108357499A - 多轴车辆的轴荷确定方法、轴荷确定系统和车辆 - Google Patents

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谭昌毓
田孟义
丁立燕
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Abstract

本发明公开了多轴车辆轴荷的确定方法、轴荷确定系统和车辆，其中，多轴车辆轴荷的确定方法包括：根据给定的载荷和多个轴的轴荷得到多个轴的轴荷在垂直方向的平衡约束；根据整车质心分别到多个轴的多个距离和多个轴的轴荷得到多个轴的力矩平衡约束；根据多个轴的悬架与轮胎的综合刚度、整车质心到多个轴的多个距离、由多个轴的悬架的高度引起的多个轴的悬架的自由行程得到和多个轴的轴荷得到多个轴的悬挂及轮胎的变形协调约束；根据多个轴的轴荷在垂直方向的平衡约束、多个轴的力矩平衡约束和多个轴的悬挂及轮胎的变形协调约束确定多个轴的轴荷。本发明具有如下优点：可以准确地确定多轴车辆的轴荷分配。

Description

多轴车辆的轴荷确定方法、轴荷确定系统和车辆
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，具体涉及一种多轴车辆轴荷的确定方法、轴荷确定系统和车辆。
背景技术
多轴车辆的轴荷是车辆方案设计过程中进行总布置、车架强度校核、整车动力学分析尤其是车辆制动性能、操纵稳定性能分析评估时的必要参数。对于二轴以上非平衡悬架车辆，轴荷的计算是典型的超静定结构，无法采用单一的静力学平衡来分析计算汽车的轴荷。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本发明的第一个目的在于提出一种多轴车辆轴荷的确定方法，可以准确地确定多轴车辆的轴荷分配。
为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种多轴车辆轴荷的确定方法，包括以下步骤：根据给定的载荷和多个轴的轴荷得到所述多个轴的轴荷在垂直方向的平衡约束；根据整车质心分别到所述多个轴的多个距离和所述多个轴的轴荷得到所述多个轴的力矩平衡约束；根据所述多个轴的悬架与轮胎的综合刚度、所述整车质心到所述多个轴的多个距离、由所述多个轴的悬架的高度引起的所述多个轴的悬架的自由行程得到所述和所述多个轴的轴荷得到所述多个轴的悬挂及轮胎的变形协调约束；根据所述多个轴的轴荷在垂直方向的平衡约束、所述多个轴的力矩平衡约束和所述多个轴的悬挂及轮胎的变形协调约束确定所述多个轴的轴荷。
在一些实施例中，所述多个轴的轴荷在垂直方向的平衡约束为：
R1+R2+R3+R4＝G
其中，G为所述给定的载荷，R1、R2、R3和R4依次为所述第一轴的轴荷、第二轴的轴荷、第三轴的轴荷和第四轴的轴荷。
进一步地，所述多个轴的力矩平衡约束为：
R2l2+R3l3+R4l4＝Gl0
其中，l0、l2、l3和l4依次为所述整车质心到所述第一轴的距离、所述第二轴到所述第一轴的距离、所述第三轴到所述第一轴的距离和所述第四轴到所述第一轴的距离。
进一步地，所述多个轴的悬挂及轮胎的变形协调约束为：
(l3-l2)C2C3R1-C1C3l3R2+C1C2l2R3＝C1C2C3((a2-a1)l3-(a3-a1)l2)
(l4-l2)C2C4R1+C1C4l4R2-C1C3l2R4＝C1C2C4((a4-a1)l2-(a2-a1)l4)
其中，C1、C2、C3和C4依次为所述第一轴的悬架与轮胎的综合刚度、所述第二轴的悬架与轮胎的综合刚度、所述第三轴的悬架与轮胎的综合刚度和所述第四轴的悬架与轮胎的综合刚度。
根据本发明实施例的多轴车辆轴荷的确定方法，通过给定多个轴在垂直方向的平衡约束、多个轴的力矩平衡约束和多个轴的悬挂及轮胎的变形协调约束可以准确地确定多个轴的具体轴荷分配。
本发明的第二个目的在于提出一种多轴车辆的轴荷确定系统，可以准确地确定多轴车辆的轴荷分配。
为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种多轴车辆的轴荷确定系统，包括：约束条件设定模块，用于根据给定的载荷和所述多个轴的轴荷得到所述多个轴的轴荷在垂直方向的平衡约束，还用于根据整车质心分别到所述多个轴的多个距离和所述多个轴的轴荷得到所述多个轴的力矩平衡约束，还用于根据所述多个轴的悬架与轮胎的综合刚度、所述整车质心到所述多个轴的多个距离、由所述多个轴的悬架的高度引起的所述多个轴的悬架的自由行程得到所述和所述多个轴的轴荷得到所述多个轴的悬挂及轮胎的变形协调约束；轴荷确定模块，用于根据所述多个轴的轴荷在垂直方向的平衡约束、所述多个轴的力矩平衡约束和所述多个轴的悬挂及轮胎的变形协调约束确定所述多个轴的轴荷。
在一些实施例中，所述多个轴的轴荷在垂直方向的平衡约束为：
R1+R2+R3+R4＝G
其中，G为所述给定的载荷，R1、R2、R3和R4依次为所述第一轴的轴荷、第二轴的轴荷、第三轴的轴荷和第四轴的轴荷。
进一步地，所述多个轴的力矩平衡约束为：
R2l2+R3l3+R4l4＝Gl0
其中，l0、l2、l3和l4依次为所述整车质心到所述第一轴的距离、所述第二轴到所述第一轴的距离、所述第三轴到所述第一轴的距离和所述第四轴到所述第一轴的距离。
进一步地，所述多个轴的悬挂及轮胎的变形协调约束为：
(l3-l2)C2C3R1-C1C3l3R2+C1C2l2R3＝C1C2C3((a2-a1)l3-(a3-a1)l2)
(l4-l2)C2C4R1+C1C4l4R2-C1C3l2R4＝C1C2C4((a4-a1)l2-(a2-a1)l4)
其中，C1、C2、C3和C4依次为所述第一轴的悬架与轮胎的综合刚度、所述第二轴的悬架与轮胎的综合刚度、所述第三轴的悬架与轮胎的综合刚度和所述第四轴的悬架与轮胎的综合刚度。
根据本发明实施例的多轴车辆轴荷的确定系统，通过给定多个轴在垂直方向的平衡约束、多个轴的力矩平衡约束和多个轴的悬挂及轮胎的变形协调约束可以准确地确定多个轴的具体轴荷分配。
本发明的第三个目的在于提出一种车辆，可以准确地确定多轴车辆的轴荷分配。
为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种车辆，设置有上述实施例的多轴车辆的轴荷确定系统。
本发明实施例的车辆与本发明实施例的多轴车辆的轴荷确定系统相对于现有技术的优势相同。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一个实施例的多轴车辆轴荷的确定方法的流程图；
图2是本发明一个实施例中四轴车辆的空载模型；
图3是本发明一个实施例中四轴车辆的负载模型；
图4是本发明一个实施例的多轴车辆的轴荷确定系统的结构框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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”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。
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
以下结合附图描述本发明。
图1是本发明一个实施例的多轴车辆轴荷的确定方法的流程图。如图1所示，本发明实施例的多轴车辆轴荷的确定方法，包括以下步骤：
S1：根据给定的载荷和多个轴的轴荷得到多个轴的轴荷在垂直方向的平衡约束。
图2是本发明一个实施例中四轴车辆的空载模型，图3是本发明一个实施例中四轴车辆的负载模型。如图2和图3所示，以四轴车辆为例，其中，G为给定的载荷(单位为kg)；l0、l2、l3和l4依次为整车质心到第一轴的距离、第二轴到第一轴的距离、第三轴到第一轴的距离和第四轴到第一轴的距离；a1、a2、a3和a4依次为由悬挂安装高度不同引起的第一轴、第二轴、第三轴、第四轴的悬架的自由行程；f1、f2、f3和f4依次为第一轴、第二轴、第三轴、第四轴的悬架与轮胎的总变形；C1、C2、C3和C4依次为第一轴的悬架与轮胎的综合刚度、第二轴的悬架与轮胎的综合刚度、第三轴的悬架与轮胎的综合刚度和第四轴的悬架与轮胎的综合刚度；R1、R2、R3和R4依次为第一轴的轴荷、第二轴的轴荷、第三轴的轴荷和第四轴的轴荷(R1、R2、R3和R4的单位为N，初始状态下，R1、R2、R3和R4未知，需要求解)。
在本发明的一个实施例中，多个轴的轴荷在垂直方向的平衡约束为：
R1+R2+R3+R4＝G。
S2：根据整车质心分别到多个轴的多个距离和多个轴的轴荷得到多个轴的力矩平衡约束。
在本发明的一个实施例中，多个轴的力矩平衡约束为：
R2l2+R3l3+R4l4＝Gl0。
S3：根据多个轴的悬架与轮胎的综合刚度、整车质心到多个轴的多个距离、由多个轴的悬架的高度引起的多个轴的悬架的自由行程得到和多个轴的轴荷得到多个轴的悬挂及轮胎的变形协调约束。
在本发明的一个实施例中，多个轴的悬挂及轮胎的变形协调约束为：
S4：根据多个轴的轴荷在垂直方向的平衡约束、多个轴的力矩平衡约束和多个轴的悬挂及轮胎的变形协调约束确定多个轴的轴荷。
具体地，联立多个轴的轴荷在垂直方向的平衡约束、多个轴的力矩平衡约束和多个轴的悬挂及轮胎的变形协调约束得到：
转化为矩阵方程得到：
通过求解矩阵方程即可得到R1、R2、R3和R4的值，进而可以得到 (单位为kg)。
需要说明的是，以上实施例以四轴车辆为例，但本领域人员可以理解，基于类似模型的三轴、五轴、六轴等其它轴的车辆同样适用，仅需调整相应的公式即可实现。
根据本发明实施例的多轴车辆轴荷的确定方法，通过给定多个轴在垂直方向的平衡约束、多个轴的力矩平衡约束和多个轴的悬挂及轮胎的变形协调约束可以准确地确定多个轴的具体轴荷分配。
图4是本发明一个实施例的多轴车辆的轴荷确定系统的结构框图。如图4所示，本发明实施例的轴荷确定系统，包括：约束条件设定模块410和轴荷确定模块420。
其中，约束条件设定模块410用于根据给定的载荷和多个轴的轴荷得到多个轴的轴荷在垂直方向的平衡约束。约束条件设定模块410还用于根据整车质心分别到多个轴的多个距离和多个轴的轴荷得到多个轴的力矩平衡约束。约束条件设定模块410还用于根据多个轴的悬架与轮胎的综合刚度、整车质心到多个轴的多个距离、由多个轴的悬架的高度引起的多个轴的悬架的自由行程得到和多个轴的轴荷得到多个轴的悬挂及轮胎的变形协调约束。
轴荷确定模块420用于根据多个轴的轴荷在垂直方向的平衡约束、多个轴的力矩平衡约束和多个轴的悬挂及轮胎的变形协调约束确定多个轴的轴荷。
提供模块210用于提供多个轴的轴荷在垂直方向的平衡公式，还用于提供多个轴的力矩平衡公式，还用于提供由悬挂及轮胎的变形协调条件公式。其中，垂直方向的平衡公式包括给定的载荷，和多个轴的轴荷。力矩平衡公式包括给定的整车质心到第一轴的距离和多个轴中的剩余轴分别到第一轴的多个距离。变形协调条件公式中包括给定的多个轴的综合刚度，还包括整车质心到第一轴的距离和多个轴中的剩余轴分别到第一轴的多个距离。求解模块220用于根据垂直方向的平衡公式、力矩平衡公式和变形协调条件公式求解得到多个轴的轴荷
根据本发明实施例的多轴车辆轴荷的确定系统，通过给定多个轴在垂直方向的平衡约束、多个轴的力矩平衡约束和多个轴的悬挂及轮胎的变形协调约束可以准确地确定多个轴的具体轴荷分配。
在本发明的一个是实施例中，多个轴的轴荷在垂直方向的平衡约束为：
R1+R2+R3+R4＝G
其中，G为给定的载荷，R1、R2、R3和R4依次为第一轴的轴荷、第二轴的轴荷、第三轴的轴荷和第四轴的轴荷。
在本发明的一个是实施例中，多个轴的力矩平衡约束为：
R2l2+R3l3+R4l4＝Gl0
其中，l0、l2、l3和l4依次为整车质心到第一轴的距离、第二轴到第一轴的距离、第三轴到第一轴的距离和第四轴到第一轴的距离。
在本发明的一个是实施例中，多个轴的悬挂及轮胎的变形协调约束为：
(l3-l2)C2C3R1-C1C3l3R2+C1C2l2R3＝C1C2C3((a2-a1)l3-(a3-a1)l2)
(l4-l2)C2C4R1+C1C4l4R2-C1C3l2R4＝C1C2C4((a4-a1)l2-(a2-a1)l4)
其中，C1、C2、C3和C4依次为第一轴的悬架与轮胎的综合刚度、第二轴的悬架与轮胎的综合刚度、第三轴的悬架与轮胎的综合刚度和第四轴的悬架与轮胎的综合刚度。
需要说明的是，本发明实施例的多轴车辆轴荷的确定系统的具体实施方式与本发明实施例的多轴车辆轴荷的确定方法的具体实施方式类似，具体参见多轴车辆轴荷的确定方法部分的描述，为了减少冗余，不做赘述。
此外，本发明还公开了一种车辆，设置有上述实施例的多轴车辆的轴荷确定系统。该车辆可以准确地确定多轴车辆的轴荷分配。
另外，本发明实施例的车辆的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1.一种多轴车辆轴荷的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据给定的载荷和多个轴的轴荷得到所述多个轴的轴荷在垂直方向的平衡约束；
根据整车质心分别到所述多个轴的多个距离和所述多个轴的轴荷得到所述多个轴的力矩平衡约束；
根据所述多个轴的悬架与轮胎的综合刚度、所述整车质心到所述多个轴的多个距离、由所述多个轴的悬架的高度引起的所述多个轴的悬架的自由行程得到所述和所述多个轴的轴荷得到所述多个轴的悬挂及轮胎的变形协调约束；
根据所述多个轴的轴荷在垂直方向的平衡约束、所述多个轴的力矩平衡约束和所述多个轴的悬挂及轮胎的变形协调约束确定所述多个轴的轴荷。
2.根据权利要求1所述的多轴车辆轴荷的确定方法，其特征在于，所述多个轴的轴荷在垂直方向的平衡约束为：
R1+R2+R3+R4＝G
其中，G为所述给定的载荷，R1、R2、R3和R4依次为第一轴的轴荷、第二轴的轴荷、第三轴的轴荷和第四轴的轴荷。
3.根据权利要求2所述的多轴汽车轴荷的确定方法，其特征在于，所述多个轴的力矩平衡约束为：
R2l2+R3l3+R4l4＝Gl0
其中，l0、l2、l3和l4依次为所述整车质心到所述第一轴的距离、所述第二轴到所述第一轴的距离、所述第三轴到所述第一轴的距离和所述第四轴到所述第一轴的距离。
4.根据权利要求3所述的多轴车辆轴荷的确定方法，其特征在于，所述多个轴的悬挂及轮胎的变形协调约束为：
(l3-l2)C2C3R1-C1C3l3R2+C1C2l2R3＝C1C2C3((a2-a1)l3-(a3-a1)l2)
(l4-l2)C2C4R1+C1C4l4R2-C1C3l2R4＝C1C2C4((a4-a1)l2-(a2-a1)l4)
其中，C1、C2、C3和C4依次为所述第一轴的悬架与轮胎的综合刚度、所述第二轴的悬架与轮胎的综合刚度、所述第三轴的悬架与轮胎的综合刚度和所述第四轴的悬架与轮胎的综合刚度。
5.一种多轴车辆的轴荷确定系统，其特征在于，包括：
约束条件设定模块(410)，用于根据给定的载荷和所述多个轴的轴荷得到所述多个轴的轴荷在垂直方向的平衡约束，还用于根据整车质心分别到所述多个轴的多个距离和所述多个轴的轴荷得到所述多个轴的力矩平衡约束，还用于根据所述多个轴的悬架与轮胎的综合刚度、所述整车质心到所述多个轴的多个距离、由所述多个轴的悬架的高度引起的所述多个轴的悬架的自由行程得到所述和所述多个轴的轴荷得到所述多个轴的悬挂及轮胎的变形协调约束；
轴荷确定模块(420)，用于根据所述多个轴的轴荷在垂直方向的平衡约束、所述多个轴的力矩平衡约束和所述多个轴的悬挂及轮胎的变形协调约束确定所述多个轴的轴荷。
6.根据权利要求5所述的多轴车辆的轴荷确定系统，其特征在于，所述多个轴的轴荷在垂直方向的平衡约束为：
R1+R2+R3+R4＝G
其中，G为所述给定的载荷，R1、R2、R3和R4依次为第一轴的轴荷、第二轴的轴荷、第三轴的轴荷和第四轴的轴荷。
7.根据权利要求6所述的多轴车辆的轴荷确定系统，其特征在于，所述多个轴的力矩平衡约束为：
R2l2+R3l3+R4l4＝Gl0
其中，l0、l2、l3和l4依次为所述整车质心到所述第一轴的距离、所述第二轴到所述第一轴的距离、所述第三轴到所述第一轴的距离和所述第四轴到所述第一轴的距离。
8.根据权利要求7所述的多轴车辆的轴荷确定系统，其特征在于，所述多个轴的悬挂及轮胎的变形协调约束为：
(l3-l2)C2C3R1-C1C3l3R2+C1C2l2R3＝C1C2C3((a2-a1)l3-(a3-a1)l2)
(l4-l2)C2C4R1+C1C4l4R2-C1C3l2R4＝C1C2C4((a4-a1)l2-(a2-a1)l4)
其中，C1、C2、C3和C4依次为所述第一轴的悬架与轮胎的综合刚度、所述第二轴的悬架与轮胎的综合刚度、所述第三轴的悬架与轮胎的综合刚度和所述第四轴的悬架与轮胎的综合刚度。
9.一种车辆，其特征在于，包括权利要求5-8所述的多轴车辆的轴荷确定系统。
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