CN108482013A - 一种牵引车独立悬挂桥及该悬挂桥参数的优化方法 - Google Patents

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CN108482013A CN201810517273.1A CN201810517273A CN108482013A CN 108482013 A CN108482013 A CN 108482013A CN 201810517273 A CN201810517273 A CN 201810517273A CN 108482013 A CN108482013 A CN 108482013A
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游骏
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Abstract

本发明涉及一种牵引车独立悬挂桥及该悬挂桥参数的优化方法。左转向节通过主销与左桥臂相连，左桥臂与车架上的第一回转轴相连以实现左桥臂上下方向的旋转，左连杆的一端与左转向节相连，另一端与固定在车架上的三角板相连，三角板的转角部位与车架上的第二回转轴相连以实现三角板左右方向的转动，三角板的另一端设有与转向器相连的连接杆，左桥臂及右桥臂与车架之间分别设有减震机构，减震机构包括设置在左桥臂及右桥臂上的减震器及套设在减震器上的压缩弹簧，左桥臂及右桥臂与车架之间还分别设有用于限制左桥臂及右桥臂转动角度的限位机构。本发明可对左、右轮胎单独进行减震，提高了整车的减震效果，且具有转向轻便和转向自动回正功能。

Description

一种牵引车独立悬挂桥及该悬挂桥参数的优化方法
技术领域
本发明涉及一种牵引车独立悬挂桥及该悬挂桥参数的优化方法。
背景技术
目前，牵引车大都为整体式转向桥，采用板簧减震，这种转向桥两个轮子之间为刚性连接，减震效果不是很好；同时采用的是全液压横置油缸向，地面回馈效果差，司机不容易感知路面情况，并且这种转向桥不具有自动回正功能，司机在驾驶过程中需要不断的修正方向，无形中提高了司机的劳动强度。
另外，独立悬挂转向桥在设计过程中需要对参数进行优化，否则容易造成啃胎和早期磨损现象。对转向桥的优化实际上就是对转向梯形机构进行优化，转向梯形机构的优化思路是保证车辆在转弯过程中每个轮子都能做纯滚动，即实现内外轮转角关系符合理论内外轮转角关系，也就是理论车轮转角与实际车轮转角的差值不大于车轮转角的允许误差。但目前除了电子转向外没有任何一组机械结构能够满足车辆在转弯过程中所有车轮都能做纯滚动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种牵引车独立悬挂桥，该独立悬挂桥减震效果好。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：包括对称设置的左轮毂与右轮毂、左转向节与右转向节、左桥臂与右桥臂以及左连杆与右连杆，所述的左轮毂通过轴承与左转向节连接，所述的左转向节通过主销与左桥臂相连，所述的左桥臂通过轴承与车架上的第一回转轴相连以实现左桥臂上下方向的旋转，所述左连杆的一端与左转向节相连，所述左连杆的另一端与固定在车架上的三角板相连，所述三角板的转角部位通过轴承与车架上的第二回转轴相连以实现三角板左右方向的转动，所述三角板的另一端设有与转向器相连的连接杆，所述的左桥臂及右桥臂与车架之间分别设有减震机构，所述的减震机构包括设置在左桥臂及右桥臂上的减震器及套设在减震器上的压缩弹簧，所述的左桥臂及右桥臂与车架之间还分别设有用于限制左桥臂及右桥臂转动角度的限位机构。
所述的限位机构包括安装在车架上的底板，底板呈竖直方向布置，且底板的内板面焊接有上限位板及限位销，所述的右桥臂上焊接有支板和下限位板，所述的支板沿垂直方向平行布置两块，下限位板设置在两块支板的上方，且下限位板的上板面设有橡胶垫，所述的上限位板位于橡胶垫的上方，所述的限位销位于下限位板的下方且位于两块支板之间，当右桥臂向下旋转时，下限位板与限位销相接触以实现限位，当右桥臂向上旋转时，橡胶垫与上限位板相接触以实现限位。
所述的转向器采用液压助力循环球式转向器，所述的转向器通过万向节与转向管柱相连，转向管柱上装有仪表和方向盘。
所述的主销呈竖直方向倾斜布置，所述主销与铅垂线之间的夹角为3°～8°。
本发明的有益效果在于：1)转向轻便；2)具有转向自动回正功能，提高了驾驶员的操纵舒适性，降低了劳动强度；3)路面状况可通过方向盘传到驾驶员的手上，提高了驾驶员的路感；4)左、右轮胎单独进行减震，提高了整车的减震效果；5)体积小，便于整车的整体布局。
本发明的另一目的在于提供一种牵引车独立悬挂桥参数的优化方法，包括如下步骤：
步骤1：建立X－Y坐标系，将车辆在直线行驶状态下各机械部位的连接点转换成坐标点标注在坐标系中，其中：A点为右转向节与右桥臂的连接点；B点为右转向节与右连杆的连接点；C点为右杆连与三角板的连接点；D点为三角板与第二回转轴的连接点；E点为左转向节与左桥臂的连接点；F点为左转向节与左连杆的连接点；G点为左连杆与三角板的连接点；
步骤2：模拟车辆转弯时的状态，将B点、C点、G点、F点的位移点B'点、C'点、G'点、F'点分别标注在坐标系中；
步骤3：根据步骤1、步骤2确定目标函数F＝│F1(b)－F2(b)│，其中F为理论外轮转角值与实际外轮转角值的差值，F1(b)为理论外轮转角值，F2(b)为实际外轮转角值；
步骤4：优化目标函数F的参数值，使F的值小于等于外轮转角的允许误差。
所述的步骤1中，X轴沿车身的宽度方向设置，Y轴沿车身的长度方向设置。
所述的步骤3中，a＝F1(b)＝arccot(m/l+cot(b))；
a＝F2(b)＝f(b,c,e,f,h,m,n)；
其中：a为外轮转角；
b为内轮转角；
m为轮距；
l为轴距；
c为∠CDG；
f为∠BAE；
h为D点到AE点连线的垂直距；
e为AB之间的间距；
n为CD之间的间距。
所述的F2(b)为由下述几何关系式得出的隐函数；
式1：
式2：
根据F1(b)＝arccot(m/l+cot(b))得到理论a-b曲线图，根据F2(b)＝f(b,c,e,f,h,m,n)得到实际a-b曲线图，优化F1(b)与F2(b)中的参数c、e、f、h、m、n、l，使max(F)≤[外轮转角的允许误差]。
理论a-b曲线图及实际a-b曲线图通过matlab软件或1stOpt制出。
由上述技术方案可知，本方法可使理轮车轮转角与实际车轮转角的差值控制在理轮车轮转角允许的误差范围内，使车辆在转弯过程中所有的车轮都能做纯滚动。
附图说明
图1是本发明的结构示意图一；
图2是本发明的结构示意图二；
图3是本发明限位机构的结构示意图；
图4是本发明的使用状态图；
图5是本发明的几何模型图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1、图2所示的一种牵引车独立悬挂桥，包括对称设置的左轮毂1与右轮毂2、左转向节3与右转向节4、左桥臂5与右桥臂6以及左连杆7与右连杆8；下面以左侧方向的部件为例进行结构上的说明，右侧方向的部件结构与左侧相同，在此不再赘述：左轮毂1与左轮辋21连接，左轮辋上装配有轮胎21，左轮毂1通过轴承与左转向节3连接，左轮毂1可绕着左转向节3进行旋转；左转向节3通过主销9与左桥臂5相连，即左转向节3可绕着主销9进行旋转；左桥臂5通过轴承与车架100上的第一回转轴110相连以实现左桥臂5上下方向的旋转，左连杆7的一端与左转向节3相连，左连杆7的另一端与固定在车架100上的三角板10相连，三角板10的转角部位通过轴承与车架100上的第二回转轴120相连以实现三角板10左右方向的转动，三角板10的另一端设有与转向器30相连的连接杆11，如图4所示，转向器30通过万向节31与转向管柱32相连，转向管柱32上装有仪表33和方向盘34。
更进一步的，转向器30采用液压助力循环球式转向器，主销9呈竖直方向倾斜布置，主销9与铅垂线之间的夹角为3°～8°，优选为6.5°。液压助力循环球式转向器可使转向变得轻便；倾斜布置的主销具有转向自动回正功能；另外，倾斜布置的主销9与转向器30相配合，可将转向力传递到方向盘，从而提高驾驶员的操纵舒适性，降低劳动强度，提高驾驶员的路感。
车辆在转弯过程中，转向器30通过连接杆11带动三角板10绕着车架100上的第二回转轴120进行旋转，三角板10通过左连杆7及右连杆8带动左转向节3及右转向节4绕着主销9进行旋转，此时左转向节3及右转向节4带动轮胎绕着主销9进行旋转以实现转向功能。
进一步的，左桥臂5及右桥臂6与车架100之间分别设有减震机构，减震机构包括设置在左桥臂5及右桥臂6上的减震器12及套设在减震器12上的压缩弹簧13，车辆在行驶过程中，左右两侧的轮胎、轮辋和轮毂共同绕着左转向节及右转向节进行旋转，整车通过压缩弹簧进行减震，压缩弹簧的压缩量增大时，左桥臂及右桥臂就绕着车架上的第一回转轴往上旋转，同时带动轮胎上移；压缩弹簧的压缩量减小时，左桥臂及右桥臂就绕着第一回转轴往下旋转，同时带动轮胎下移。通过压缩弹簧压缩量的变化带动轮胎上下移动，起到减震功能，同时装有减震器，起到了缓冲冲击的作用。即通过左、右轮胎单独进行减震的方式来提高整车的减震效果。
进一步的，左桥臂5及右桥臂6与车架100之间还分别设有用于限制左桥臂5及右桥臂6转动角度的限位机构，即左桥臂及右桥臂在绕第一回转轴进行上下旋转时，可通过限位机构来对其旋转的角度进行限制，以防止轮胎上下移动量过大。
下面以右侧方向的限位机构为例进行结构上的说明，左侧方向的限位机构与右侧相同，在此不再赘述：
如图3所示，限位机构包括安装在车架100上的底板14，底板14呈竖直方向布置，且底板14的内板面焊接有上限位板15及限位销16，上限位板15与底板14之间还设有连接两者的加强板20；右桥臂6上焊接有支板17和下限位板18，支板17沿垂直方向平行布置两块，下限位板18设置在两块支板17的上方，且下限位板18的上板面设有橡胶垫19，上限位板15位于橡胶垫19的上方，限位销16位于下限位板15的下方且位于两块支板17之间，当右桥臂6向下旋转时，下限位板18与限位销16相接触以实现限位，当右桥臂6向上旋转时，橡胶垫19与上限位板15相接触以实现限位。
本发明的工作原理及具体工作过程如下：
行驶过程中的减震：车辆在行驶过程中，左右两侧的轮胎、轮辋和轮毂共同绕着左转向节及右转向节进行旋转，整车通过压缩弹簧进行减震，压缩弹簧的压缩量增大时，左桥臂及右桥臂就绕着车架上的第一回转轴往上旋转，同时带动轮胎上移；压缩弹簧的压缩量减小时，左桥臂及右桥臂就绕着第一回转轴往下旋转，同时带动轮胎下移。通过压缩弹簧压缩量的变化带动轮胎上下移动，起到减震功能，同时装有减震器，起到了缓冲冲击的作用。
行驶过程中的转向：车辆在转弯过程中，转向器通过连接杆带动三角板绕着车架上的第二回转轴进行旋转，三角板通过第一连杆及第二连杆带动左转向节及右转向节绕着主销进行旋转，此时左转向节及右转向节带动轮胎绕着主销进行旋转以实现转向功能。
限位机构的工作原理：限位机构的底板装配在车架上，限位销和上限位板焊接在底板上，支板和下限位板焊接在左桥臂及右桥臂上，橡胶垫装配在下限位板上。当左桥臂及右桥臂绕着车架上的第一回转轴往下旋转时，下限位板和限位销接触，起到限位作用；当左桥臂及右桥臂绕着车架上的第一回转轴往上旋转时，上限位板和橡胶垫接触，起到限位作用，同时橡胶垫起到一定的缓冲作用。
本发明的有益效果在于：1)转向轻便；2)具有转向自动回正功能，提高了驾驶员的操纵舒适性，降低了劳动强度；3)路面状况可通过方向盘传到驾驶员的手上，提高了驾驶员的路感；4)左、右轮胎单独进行减震，提高了整车的减震效果；5)体积小，便于整车的整体布局。
以下，本发明以外轮转角为研究对象对悬挂桥参数的优化方法进行说明，也就是通过参数的优化使理论外轮转角与实际外轮转角的差值小于等于外轮转角的允许误差。
本发明的另一目的在于提供一种牵引车独立悬挂桥参数的优化方法，包括如下步骤：
步骤1：建立X－Y坐标系，将车辆在直线行驶状态下各机械部位的连接点转换成坐标点标注在坐标系中，其中：A点为右转向节与右桥臂的连接点；B点为右转向节与右连杆的连接点；C点为右杆连与三角板的连接点；D点为三角板与第二回转轴的连接点；E点为左转向节与左桥臂的连接点；F点为左转向节与左连杆的连接点；G点为左连杆与三角板的连接点；
步骤2：模拟车辆转弯时的状态，将B点、C点、G点、F点的位移点B'点、C'点、G'点、F'点分别标注在坐标系中；具体地说，即B点绕A点旋转到了B'点，相应的C点、G点、F点分别旋转到了C'点、G'点、F'点，其中，B点绕A点旋转了b度，F点绕E点旋转了a度，C点和G点分别绕D点旋转了d度；
步骤3：根据步骤1、步骤2确定目标函数F＝│F1(b)－F2(b)│，其中F为理论外轮转角值与实际外轮转角值的差值，F1(b)为理论外轮转角值，F2(b)为实际外轮转角值；
步骤4：优化目标函数F的参数值，使F的值小于等于外轮转角的允许误差。
进一步的，步骤1中，X轴沿车身的宽度方向设置，Y轴沿车身的长度方向设置。
进一步的，步骤3中，a＝F1(b)＝arccot(m/l+cot(b))；
a＝F2(b)＝f(b,c,e,f,h,m,n)；
其中：a为外轮转角值；
b为内轮转角值；
m为轮距；
l为轴距；
c为∠CDG；
f为∠BAE；
h为D点到AE点连线的垂直距；
e为AB之间的间距；
n为CD之间的间距。
如图5所示，所有的车轮都做纯滚动是指车辆在转弯过程中所有车轮都绕着一个共同点转向，由几何关系可知：cot(a)-cot(b)＝m/l，即a＝F1(b)＝arccot(m/l+cot(b))。
进一步的，由几何关系可知，F2(b)为由下述几何关系式得出的隐函数；
式1：
式2：
即f(b,c,e,f,h,m,n)是由式一和式二决定的隐函数。
进一步的，根据F1(b)＝arccot(m/l+cot(b))得到理论a-b曲线图，根据F2(b)＝f(b,c,e,f,h,m,n)得到实际a-b曲线图，优化F1(b)与F2(b)中的参数c、e、f、h、m、n、l，使max(F)≤[外轮转角的允许误差]。具体地说，对目标函数的优化实际上只要保证一点，即找一组参数c、e、f、h、m、n、l使得max(F)≤[外轮转角的允许误差]即可。对目标函数F＝│F1(b)－F2(b)│的优化可转化为对a＝F1(b)、a＝F2(b)两条曲线的拟合情况进行优化，即对实际a-b曲线图与理论a-b曲线图的拟合情况进行优化，因此，只需要找到一组参数c、e、f、h、m、n、l，使得实际a-b曲线图与理论a-b曲线偏差的最大处不大于[外轮转角的允许误差]即可。
进一步的，理论a-b曲线图及实际a-b曲线图通过matlab软件或1stOpt制出。目标函数比较复杂，手工很难做出a-b曲线图，但通过目前的一些优化软件(比如matlab、1stOpt等)能得到比较准确的曲线图，达到很好的优化效果。
由上述技术方案可知，本发明提供的优化方法可使理轮车轮转角与实际车轮转角的差值控制在理轮车轮转角允许的误差范围内，使车辆在转弯过程中所有的车轮都能做纯滚动。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种牵引车独立悬挂桥，其特征在于：包括对称设置的左轮毂(1)与右轮毂(2)、左转向节(3)与右转向节(4)、左桥臂(5)与右桥臂(6)以及左连杆(7)与右连杆(8)，所述的左轮毂(1)通过轴承与左转向节(3)连接，所述的左转向节(3)通过主销(9)与左桥臂(5)相连，所述的左桥臂(5)通过轴承与车架(100)上的第一回转轴(110)相连以实现左桥臂(5)上下方向的旋转，所述左连杆(7)的一端与左转向节(3)相连，所述左连杆(7)的另一端与固定在车架(100)上的三角板(10)相连，所述三角板(10)的转角部位通过轴承与车架(100)上的第二回转轴(120)相连以实现三角板(10)左右方向的转动，所述三角板(10)的另一端设有与转向器(30)相连的连接杆(11)，所述的左桥臂(5)及右桥臂(6)与车架(100)之间分别设有减震机构，所述的减震机构包括设置在左桥臂(5)及右桥臂(6)上的减震器(12)及套设在减震器(12)上的压缩弹簧(13)，所述的左桥臂(5)及右桥臂(6)与车架(100)之间还分别设有用于限制左桥臂(5)及右桥臂(6)转动角度的限位机构。
2.根据权利要求1所述的牵引车独立悬挂桥，其特征在于：所述的限位机构包括安装在车架(100)上的底板(14)，底板(14)呈竖直方向布置，且底板(14)的内板面焊接有上限位板(15)及限位销(16)，所述的右桥臂(6)上焊接有支板(17)和下限位板(18)，所述的支板(17)沿垂直方向平行布置两块，下限位板(18)设置在两块支板(17)的上方，且下限位板(18)的上板面设有橡胶垫(19)，所述的上限位板(15)位于橡胶垫(19)的上方，所述的限位销(16)位于下限位板(15)的下方且位于两块支板(17)之间，当右桥臂(6)向下旋转时，下限位板(18)与限位销(16)相接触以实现限位，当右桥臂(6)向上旋转时，橡胶垫(19)与上限位板(15)相接触以实现限位。
3.根据权利要求1所述的牵引车独立悬挂桥，其特征在于：所述的转向器(30)采用液压助力循环球式转向器，所述的转向器(30)通过万向节(31)与转向管柱(32)相连，转向管柱(32)上装有仪表(33)和方向盘(34)。
4.根据权利要求1所述的牵引车独立悬挂桥，其特征在于：所述的主销(9)呈竖直方向倾斜布置，所述主销(9)与铅垂线之间的夹角为3°～8°。
5.一种根据权利要求1所述的牵引车独立悬挂桥参数的优化方法，包括如下步骤：
步骤1：建立X－Y坐标系，将车辆在直线行驶状态下各机械部位的连接点转换成坐标点标注在坐标系中，其中：A点为右转向节与右桥臂的连接点；B点为右转向节与右连杆的连接点；C点为右杆连与三角板的连接点；D点为三角板与第二回转轴的连接点；E点为左转向节与左桥臂的连接点；F点为左转向节与左连杆的连接点；G点为左连杆与三角板的连接点；
步骤2：模拟车辆转弯时的状态，将B点、C点、G点、F点的位移点B'点、C'点、G'点、F'点分别标注在坐标系中；
步骤3：根据步骤1、步骤2确定目标函数F＝│F1(b)－F2(b)│，其中F为理论外轮转角值与实际外轮转角值的差值，F1(b)为理论外轮转角值，F2(b)为实际外轮转角值；
步骤4：优化目标函数F的参数值，使F的值小于等于外轮转角的允许误差。
6.根据权利要求5所述的牵引车独立悬挂桥参数的优化方法，其特征在于：所述的步骤1中，X轴沿车身的宽度方向设置，Y轴沿车身的长度方向设置。
7.根据权利要求5所述的牵引车独立悬挂桥参数的优化方法，其特征在于：所述的步骤3中，a＝F1(b)＝arccot(m/l+cot(b))；
a＝F2(b)＝f(b,c,e,f,h,m,n)；
其中：a为外轮转角；
b为内轮转角；
m为轮距；
l为轴距；
c为∠CDG；
f为∠BAE；
h为D点到AE点连线的垂直距；
e为AB之间的间距；
n为CD之间的间距。
8.根据权利要求7所述的牵引车独立悬挂桥参数的优化方法，其特征在于：所述的F2(b)为由下述几何关系式得出的隐函数；
式1：
式2：
9.根据权利要求8所述的牵引车独立悬挂桥参数的优化方法，其特征在于：根据F1(b)＝arccot(m/l+cot(b))得到理论a-b曲线图，根据F2(b)＝f(b,c,e,f,h,m,n)得到实际a-b曲线图，优化F1(b)与F2(b)中的参数c、e、f、h、m、n、l，使max(F)≤[外轮转角的允许误差]。
10.根据权利要求9所述的牵引车独立悬挂桥参数的优化方法，其特征在于：理论a-b曲线图及实际a-b曲线图通过matlab软件或1stOpt制出。
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