CN108819608A - 一种无悬架结构行驶系统轮式车辆的设计方法 - Google Patents

一种无悬架结构行驶系统轮式车辆的设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108819608A
CN108819608A CN201810335550.7A CN201810335550A CN108819608A CN 108819608 A CN108819608 A CN 108819608A CN 201810335550 A CN201810335550 A CN 201810335550A CN 108819608 A CN108819608 A CN 108819608A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vehicle
wheel
indicate
frame structure
suspension frame
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810335550.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108819608B (zh
Inventor
赵又群
王秋伟
张桂玉
徐瀚
邓耀骥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN201810335550.7A priority Critical patent/CN108819608B/zh
Publication of CN108819608A publication Critical patent/CN108819608A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108819608B publication Critical patent/CN108819608B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60BVEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B9/00Wheels of high resiliency, e.g. with conical interacting pressure-surfaces
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60BVEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B35/00Axle units; Parts thereof ; Arrangements for lubrication of axles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D65/00Designing, manufacturing, e.g. assembling, facilitating disassembly, or structurally modifying motor vehicles or trailers, not otherwise provided for
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING; COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10Geometric CAD
    • G06F30/15Vehicle, aircraft or watercraft design
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Abstract

本发明公开了一种无悬架结构行驶系统轮式车辆的设计方法,在原有传统轮式车辆行驶系的基础上,取消悬架结构,通过多重缓冲减振结构特征提升车轮性能,使得车轮实现原有传统轮式车辆悬架结构的功能作用。相比于原有传统轮式有悬架结构车辆,本发明既能在保证车辆行驶平顺性能的同时节省车体空间、降低车辆制造成本,而且能简化车辆动力学模型,减少车辆平顺性能指标,提高车辆优化设计效率。

Description

一种无悬架结构行驶系统轮式车辆的设计方法
技术领域
[0001] 本发明属于车辆设计技术领域,具体涉及一种无悬架结构行驶系统轮式车辆的设 计方法。
背景技术
[0002] 目前,传统车辆行驶系都设计有悬架结构。汽车悬架是车架与车桥之间一切传递 动力连接装置的统称。汽车悬架弹性地连接车桥与车身,缓和行驶中车辆受到的由于不平 路面引起的冲击力,保证乘坐舒适和货物完好;迅速减轻由于弹性系统引起的振动,传递垂 直、纵向、侧向反力及其力矩;并起导向作用,使车轮按一定轨迹相对车身运动。悬架一般由 弹性元件、导向装置、减振器和横向稳定杆组成。其用包括:
[0003] 1,弹性元件用来承受并传递垂直载荷,缓和不平路面、紧急制动、加速和转弯引起 的冲击或车身位置的变化。
[0004] 2,导向装置用来使车轮按一定的运动轨迹相对车身运动,同时传递力的作用。
[0005] 3,减振器用来减轻由于弹性系统引起的振动。
[0006] 4,横向稳定杆目的是提高侧倾刚度,使汽车具有不足的转向特性,改善汽车的操 纵稳定性和行驶平顺性。
[0007] 整车质量被悬架结构分为悬架上质量!112和悬架下质量nu,因此车辆模型可简化为 双自由度模型。运动过程中由悬架系统等效阻尼c和等效刚度k,以及车轮等效刚度kt和等 效阻尼Ct衰减来自地面的振动冲击,如图3所示,从而提高车辆行驶平顺性。但悬架结构具 有一定成本,占据车体使用面积大,尤其在电动车辆中,对线路布置影响大,不利于整车集 成控制和轻量化的实现;充气轮胎车轮结构属于悬架下质量,对车轮动载荷轮胎的抓地性 不利;而且针对有悬架和充气轮胎车轮行驶系车辆的平顺性评价指标需要从车身加速度、 车轮动载荷以及悬架动挠度三方面综合考虑,极大地降低了车辆行驶性能优化设计的效率 且限制了车辆行驶性能的提升。
发明内容
[0008] 发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种无悬架结构行驶系 统轮式车辆的设计方法,具体是由多重缓冲减震结构的超高性能车轮替代悬架功能的新型 无悬架结构轮式车辆行驶系,在保证车辆平顺性的基础上,取消悬架结构,降低成本,提升 车体有效利用空间,且提升车辆的行驶性能。进一步简化车辆运动模型为如图4所示的单自 由度系统,并将平顺性评价指标简化为车身加速度、车轮动载荷两方面指标。
[0009] 技术方案:为实现上述目的,本发明采用具有多重缓冲减震结构的超高性能车轮 装配在轮式车辆行驶系统中,所述车轮具有传统车辆悬架功能,能够保证车辆行驶平顺性 能,并通过理论推导,进一步简化车辆动力学模型,提出以车身加速度、车轮动载荷为指标 的新的车辆平顺性优化设计方法。
[0010] —种无悬架结构行驶系统轮式车辆的设计方法,该无悬架结构行驶系统轮式车辆 系统包括车架、车桥和多重缓冲减震车轮,其中,所述车架用于装载车桥和多重缓冲减震车 轮,所述车桥横向安装在车架上,两端与所述多重缓冲减震车轮的中心的轮毂匹配固定连 接;所述多重缓冲减震车轮为悬链-弹簧-减震器复合式机械弹性车轮;
[0011] 该整车系统用单自由度模型表示,平顺性指标为:车身加速度和车轮动载荷。
[0012] 进一步的,所述单自由度模型具体为:
Figure CN108819608AD00041
[0014] 式中:nu+m2表示该轮式车辆整车质量,X表示该轮式车辆车身垂向位移,kt。表示该 多重缓冲减震车轮等效刚度,c。表示该多重缓冲减震车轮等效阻尼,q表示路面激励。
[0015] 进一步的,所述单自由度模型满足:
Figure CN108819608AD00042
[0017] 式中:x表示新型轮式车辆的车轮垂向位移,X2表示传统轮式车辆的车身垂向位 移,kt表示传统车轮等效刚度,Ct表示传统车轮等效阻尼,kt。表示该多重缓冲减震车轮等效 刚度,c。表示该多重缓冲减震车轮等效阻尼,q表示路面激励。
[0018] 进一步的,所述平顺性指标的推导方法为:对所述单自由度模型,
[0019] 取
Figure CN108819608AD00043
为状态量,得:
Figure CN108819608AD00044
[0021]以车身加速度和车轮动载荷作为评价指标,进一步得:
Figure CN108819608AD00045
[0023] 式中,i为车身加速度,
Figure CN108819608AD00046
为车轮动载荷。
[0024] 有益效果:本发明提供的一种轮式车辆无悬架结构行驶系统设计方法,与现有技 术相比,具有以下优势:本发明抛弃了传统车辆的悬架结构,增大车体有效空间,降低成本, 便于整车集成布置;并通过使用多重缓冲减震结构车轮取代传统充气车轮,避免了车辆漏 气、爆胎的危险;同时使得所述车轮类似车辆的悬架上质量,进一步简化传统车辆双自由度 模型为单自由度模型,将平顺性评价指标由三个减少为两个:车身加速度和车轮动载,便于 车辆的优化设计。
附图说明
[0025] 图1为本发明结构不意图;
[0026] 图2为传统车辆行驶系结构示意图;
[0027] 图3为传统车辆二自由度模型示意图;其中,Hi1-悬挂下质量,m2-悬挂上质量,k_悬 架刚度,C-悬架阻尼,kt-轮胎刚度,Ct-轮胎阻尼;
[0028] 图4为本发明车辆单自由度模型示意图;其中,nu+m2-车辆总质量,ktc-悬链-弹簧-减震器复合式机械弹性车轮等效刚度,c。-悬链-弹簧-减震器复合式机械弹性车轮等效阻 尼。
具体实施方式
[0029] 本发明公开了一种轮式车辆无悬架结构行驶系统的设计方法,包括车架,车桥(车 轴)和具有多重缓冲减震结构的超高性能车轮等部件。所述车架未安装悬架结构,整体用于 装载车架、车桥(车轴)和多重缓冲减震结构的超高性能车轮,起支撑、承载和行驶作用。车 桥直接安装在车架上,两端通过螺栓穿过所述车轮轮毂上的圆孔实现与车轮的连接。
[0030] 下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。
[0031] 实施例
[0032] 如图1所示,车架取消传统悬架结构,直接安装多重缓冲减震结构的超高性能车 轮,以实现缓冲减震功能。优选的,如悬链-弹簧-减震器复合式机械弹性车轮,该超高性能 车轮具有多重缓冲减震结构特性,在整体功能特性上可以代替悬架结构。
[0033] 如图2所示,传统车辆行驶系都设计有悬架结构和充气轮胎车轮。
[0034] 如图3所示,传统车辆通常简化为双自由度模型:
Figure CN108819608AD00051
[0036] 式中,mi-悬挂下质量,m2-悬挂上质量,Xi-悬架下质量垂向位移,X2-悬架上质量垂 向位移,k-悬架刚度,C-悬架阻尼,kt_轮胎刚度,Ct-轮胎阻尼,q-路面激励。
[0037] 进一步的,取
Figure CN108819608AD00052
为状态量,得:
Figure CN108819608AD00053
[0039] 从而获得车辆平顺性的三个指标,车身加速度毛、悬架动挠度X2-X1和车轮动载荷
Figure CN108819608AD00054
I的表达式为:
Figure CN108819608AD00055
[0041]最终得到输出为车辆平顺性三指标的状态方程:
Figure CN108819608AD00056
Figure CN108819608AD00061
[0045]如图4所示,所述一种由悬链-弹簧-减震器复合式机械弹性车轮替代悬架功能的 新型无悬架结构轮式车辆,由于取消了悬架结构,整车质量可近似全部看做悬上质量,从而 视为路面激励直接作用下的单质量物体运动,因此简化为单自由度模型:
Figure CN108819608AD00062
[0047] 式中,q_路面激励,mi+im-车辆总质量,ktc-悬链-弹簧-减震器复合式机械弹性车 轮等效刚度,c。-悬链-弹簧-减震器复合式机械弹性车轮等效阻尼。
[0048] 同样,IS
Figure CN108819608AD00063
为状态量,得:
Figure CN108819608AD00064
[0050]此时,根据提出的无悬架结构行驶系统轮式车辆的设计方法,以车身加速度和车 轮动载两者作为新的评价指标,进一步得:
Figure CN108819608AD00065
[0052] 显然,相较于传统车辆设计方式的评价指标式(3),这里无悬架结构行驶系统轮式 车辆的设计方法评价指标式(7)明显有了极大简化,且可以通过这两指标确保车辆行驶平 顺性能。
[0053] 此外,简化后车辆单自由度模型,在乘坐舒适性上不能弱于传统车辆模型,而舒适 性直接体现在车身加速度上,同时运动过程中的车轮载荷变化也反映行驶运动状态优劣, 本发明以车身加速度i和车轮动载荷
Figure CN108819608AD00066
’乍为车辆平顺性指标,为保证本 发明提车的设计方法的实用性,必须确保所提指标不低于传统车辆模型,因此该单自由度 模型还需同时满足:
Figure CN108819608AD00067
[0055] 式中:x表示新型轮式车辆的车轮垂向位移,X2表示传统轮式车辆的车身垂向位 移,kt表示传统车轮等效刚度,Ct表示传统车轮等效阻尼,kt。表示该多重缓冲减震车轮等效 刚度,c。表示该多重缓冲减震车轮等效阻尼,q表示路面激励。
[0056] 本发明轮式车辆行驶系统取消悬架结构,整车平顺性完全由超高性能车轮保证, 整车系统用单自由度模型表示,平顺性指标为:车身加速度和车轮动载荷。将传统轮式车辆 设计中的车身加速度、悬架动挠度和车轮动载荷整合为车身加速度和车轮动载荷,并且可 以完整全面地表征轮式车辆的行驶平顺性能。
[0057] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人 员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1. 一种无悬架结构行驶系统轮式车辆的设计方法,其特征在于:该无悬架结构行驶系 统轮式车辆系统包括车架、车桥和多重缓冲减震车轮,其中,所述车架用于装载车桥和多重 缓冲减震车轮,所述车桥横向安装在车架上,两端与多重缓冲减震车轮的中心的轮毂匹配 固定连接;所述多重缓冲减震车轮为悬链-弹簧-减震器复合式机械弹性车轮; 该整车系统用单自由度模型表示,平顺性指标为:车身加速度和车轮动载荷。
2. 根据权利要求1所述的无悬架结构行驶系统轮式车辆的设计方法,其特征在于:所述 单自由度模型具体为:
Figure CN108819608AC00021
式中:nu+m2表示该轮式车辆整车质量,X表示该轮式车辆车身垂向位移,kt。表示该多重 缓冲减震车轮等效刚度,c。表示该多重缓冲减震车轮等效阻尼,q表示路面激励。
3. 根据权利要求2所述的无悬架结构行驶系统轮式车辆的设计方法,其特征在于:所述 单自由度模型满足:
Figure CN108819608AC00022
式中:x表示新型轮式车辆的车轮垂向位移,X2表示传统轮式车辆的车身垂向位移,kt表 示传统车轮等效刚度,Ct表示传统车轮等效阻尼,kt。表示该多重缓冲减震车轮等效刚度,c。 表示该多重缓冲减震车轮等效阻尼,q表示路面激励。
4. 根据权利要求2所述的无悬架结构行驶系统轮式车辆的设计方法,其特征在于:所述 平顺性指标的推导方法为:对所述单自由度模型,取
Figure CN108819608AC00023
为状态量,得:
Figure CN108819608AC00024
以车身加速度和车轮动载荷作为评价指标,进一步得:
Figure CN108819608AC00025
式中,
Figure CN108819608AC00026
为车身加速度
Figure CN108819608AC00027
为车轮动载荷。
CN201810335550.7A 2018-04-16 2018-04-16 一种无悬架结构行驶系统轮式车辆的设计方法 Active CN108819608B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810335550.7A CN108819608B (zh) 2018-04-16 2018-04-16 一种无悬架结构行驶系统轮式车辆的设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810335550.7A CN108819608B (zh) 2018-04-16 2018-04-16 一种无悬架结构行驶系统轮式车辆的设计方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108819608A true CN108819608A (zh) 2018-11-16
CN108819608B CN108819608B (zh) 2020-07-28

Family

ID=64154698

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810335550.7A Active CN108819608B (zh) 2018-04-16 2018-04-16 一种无悬架结构行驶系统轮式车辆的设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108819608B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111716979A (zh) * 2020-06-28 2020-09-29 南京航空航天大学 一种匹配无悬架结构车辆的平顺性控制系统及方法
CN114282395A (zh) * 2022-03-04 2022-04-05 徐州徐工矿业机械有限公司 一种矿用自卸车复杂路面动荷载的计算方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB117945A (en) * 1917-08-08 1918-08-08 James Edward Rogers Improvements in Vehicle Wheels.
CN104691264A (zh) * 2015-01-26 2015-06-10 江苏大学 车辆惯质悬架
CN105856959A (zh) * 2016-05-05 2016-08-17 江苏大学 一种带惯性蓄能器的车轮

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB117945A (en) * 1917-08-08 1918-08-08 James Edward Rogers Improvements in Vehicle Wheels.
CN104691264A (zh) * 2015-01-26 2015-06-10 江苏大学 车辆惯质悬架
CN105856959A (zh) * 2016-05-05 2016-08-17 江苏大学 一种带惯性蓄能器的车轮

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王强,赵又群,林棻,杜现斌,付宏勋: "机械弹性车轮有限元计算与试验模态的相关性研究", 《哈尔滨工程大学学报》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111716979A (zh) * 2020-06-28 2020-09-29 南京航空航天大学 一种匹配无悬架结构车辆的平顺性控制系统及方法
CN111716979B (zh) * 2020-06-28 2021-07-23 南京航空航天大学 一种匹配无悬架结构车辆的平顺性控制系统及方法
CN114282395A (zh) * 2022-03-04 2022-04-05 徐州徐工矿业机械有限公司 一种矿用自卸车复杂路面动荷载的计算方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108819608B (zh) 2020-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN207274312U (zh) 空气悬架装置
CN108819608A (zh) 一种无悬架结构行驶系统轮式车辆的设计方法
KR20120057143A (ko) 자동차용 커플드 토션빔 액슬 타입 리어 현가장치
CN205871661U (zh) 一种电动汽车用后纵臂式独立悬架结构
CN203996500U (zh) 一种新型商用车底盘
CN204749784U (zh) 一种车用空气弹簧后悬架系统
CN208021562U (zh) 一种商用车驾驶室后悬置系统
CN204095429U (zh) 一种四轮环保电动车
CN201172426Y (zh) 全浮式汽车驾驶室悬置系统
CN203401898U (zh) 一种汽车独立后悬架
CN206870782U (zh) 一种车辆独立悬挂切换装置
CN104309429A (zh) 一种四轮环保电动车
CN202294136U (zh) 汽车的非独立悬架系统和汽车
CN203094181U (zh) 汽车底盘支架加强组合装置
CN101531210B (zh) 极限工况车底盘
CN203358724U (zh) 一种驾驶室后悬置装置
CN208789501U (zh) 一种四轮驱动的旅游冲浪观光车
CN201366943Y (zh) 矿用防爆四驱指挥车底盘
CN102896991B (zh) 车轮自调整全地形越野车底盘
CN201395025Y (zh) 组合式空气悬挂
CN201863666U (zh) 一种汽车及其悬架装置
CN205553836U (zh) 车辆用悬架总成
CN204895735U (zh) 一种电动三轮车减震系统
CN201439293U (zh) 一种防暴装甲车底盘的悬挂系统
CN103486174B (zh) 一种减震弹簧

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant