本發(fā)明屬于汽車試驗領(lǐng)域，具體涉及一種商用車轉(zhuǎn)向橋、車架及連接件動力學(xué)模擬裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)階段對于商用車的整車動力學(xué)建模方法基本上基于不變形理論為剛體動力學(xué)建模，但由于物理的變形理論，基于剛體的建模并不能真實反映物理狀態(tài)且模型計算精度不高，因此本發(fā)明提出一種基于非線性輪胎、柔性車架、以及剛性部件耦合的一種建模方法該剛發(fā)可以解決上述計算精度問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決以上現(xiàn)有技術(shù)的問題。提出了一種商用車轉(zhuǎn)向橋、車架及連接件動力學(xué)模擬裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種商用車轉(zhuǎn)向橋、車架及連接件動力學(xué)模擬裝置，包括前橋模型及后橋模型，其還包括輪胎與減振器的動力學(xué)模型、前橋及連接件運(yùn)動副模型、前橋輪胎與路面連接模型、前橋動力總成及轉(zhuǎn)向直拉桿模型，所述輪胎與減振器的動力學(xué)模型包括右前輪胎、右前減震器、左前減震器、及左前輪胎，所述右前輪胎與右前減震器相連接，所述左前減震器與左前輪胎相連接；所述輪胎與減振器的動力學(xué)模型用于模擬輪胎與減振器的動力學(xué)關(guān)系，所述前橋及連接件運(yùn)動副模型用于模擬前橋及連接件運(yùn)動副的連接及動力學(xué)作用，所述前橋輪胎與路面連接模型用于模擬前橋輪胎與路面之間的驅(qū)動與摩擦在內(nèi)的作用，所述前橋動力總成及轉(zhuǎn)向直拉桿模型用于模擬前橋動力總成及轉(zhuǎn)向直拉桿之間的動力學(xué)關(guān)系。

進(jìn)一步的，所述前橋及連接件運(yùn)動副模型包括板簧吊耳旋轉(zhuǎn)副、轉(zhuǎn)向節(jié)前端與輪胎旋轉(zhuǎn)副、轉(zhuǎn)向節(jié)旋轉(zhuǎn)副、減震力、板簧吊耳后端移動副、對稱側(cè)結(jié)構(gòu)及板簧與轉(zhuǎn)向橋固定副，所述板簧吊耳旋轉(zhuǎn)副連接車架及柔體板簧，只允許一個方向的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)向節(jié)前端與輪胎旋轉(zhuǎn)副在轉(zhuǎn)向節(jié)與輪胎輪心安裝點(diǎn)處施加，轉(zhuǎn)向節(jié)旋轉(zhuǎn)副用于約束轉(zhuǎn)向節(jié)與轉(zhuǎn)向橋之間的運(yùn)動，只允許軸向轉(zhuǎn)動，減震力用于模擬減震器，分別作用于車架減震器支架作用點(diǎn)和懸架板簧作用點(diǎn)，板簧吊耳后端移動副分別作用于車架與懸架板簧上，允許一車架前后方向的移動，板簧與轉(zhuǎn)向橋固定副用于模擬懸架板簧與轉(zhuǎn)向橋的固定連接。

進(jìn)一步的，所述前橋輪胎與路面連接模型包括右前輪輪胎旋轉(zhuǎn)副及扭矩力、右前減震器與板簧固定副、右前輪輪胎旋轉(zhuǎn)副及扭矩力、輪胎與路面相切點(diǎn)，其中輪胎與轉(zhuǎn)向節(jié)連接點(diǎn)施加旋轉(zhuǎn)副，模擬轉(zhuǎn)向節(jié)與輪胎之間的相對轉(zhuǎn)動，在旋轉(zhuǎn)副上同時施加扭矩，用來保證輪胎相對于地面的驅(qū)動力，減振器下端與板簧固定連接。

進(jìn)一步的，所述路面選擇2d或3d平直路面，或?qū)β访孢M(jìn)行路譜掃描，將輪胎與掃描路譜進(jìn)行關(guān)聯(lián)驅(qū)動，輪胎與路面的相切點(diǎn)作用于輪胎的小表面且與路面垂直。

進(jìn)一步的，所述前橋動力總成及轉(zhuǎn)向直拉桿模型包括動力總成右前襯套、動力總成質(zhì)心、動力總成變速箱右側(cè)端襯套、動力總成變速箱端左側(cè)襯套、動力總成左前襯套、轉(zhuǎn)向拉桿球鉸、轉(zhuǎn)向直拉桿與轉(zhuǎn)向器球鉸，通過動力總成變速箱右側(cè)端襯套和動力總成左前襯套連接將動力總成質(zhì)心、慣量施加于車架上。

進(jìn)一步的，所述慣量施加于車架上的同時考慮動力總成懸置的壓裝角度，分別為42,42,20,20度。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果如下：

1、研究輪胎路面的平順性，本發(fā)明將車架模型柔性化并與剛性部件進(jìn)行剛?cè)狁詈咸幚?、提出了以及模型驗證和試驗的輪胎剛度建模方法3、提出了減振器的模型建模和修正方法。

附圖說明

圖1是本發(fā)明前橋及部分后橋結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是輪胎與減震器模擬示意圖；

圖3是前橋及連接件運(yùn)動模擬示意圖；

圖4是前橋輪胎與路面模擬示意圖；

圖5是前橋動力總成及轉(zhuǎn)向直拉桿模擬示意圖；

圖6是前橋總成結(jié)構(gòu)模擬示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、詳細(xì)地描述。所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：

本發(fā)明主要介紹商用車轉(zhuǎn)向橋、車架、輪胎及連接件動力學(xué)模擬裝置，該模擬裝置重點(diǎn)在于模型的運(yùn)動關(guān)系及精度驗證。

本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容

1、前橋、后橋總體結(jié)構(gòu)

商用車前橋一般包含輪胎、懸架板簧、減震器、轉(zhuǎn)向橋、轉(zhuǎn)向拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)等結(jié)構(gòu)構(gòu)成，如圖1所示，前橋及部分后橋結(jié)構(gòu)的動力學(xué)模型包含1-左前輪胎2-左前減震器3-左前懸架4-轉(zhuǎn)向t型拉桿5-右前減震器6-右前輪胎7-右前轉(zhuǎn)向節(jié)8-右前懸架9-轉(zhuǎn)向橋10-左前轉(zhuǎn)向節(jié)11傳動軸12-后橋構(gòu)成。

2多體動力學(xué)子系統(tǒng)的模型搭建

2.1輪胎與減振器的模型搭建

輪胎與減震器的多體動力學(xué)模型如圖2所示，商用車后輪為承重輪單側(cè)雙胎，前輪為轉(zhuǎn)向輪。前輪與減振器的模型結(jié)構(gòu)如圖2所示，由11-右前輪胎12-右前減震器13-左前減震器14-左前輪胎組成。

輪胎采用u輪胎、f輪胎、魔術(shù)輪胎等類型進(jìn)行建模，也可采用模態(tài)輪胎進(jìn)行定義，模態(tài)輪胎需要定于車輪各個自由度方向的剛度和阻尼值，需要建立精確地有限元模型。非線性輪胎建模需要輸入輪胎的質(zhì)心、慣量、輪胎軸向剛度、徑向剛度、側(cè)偏剛度、滑移剛度等參數(shù)。前橋輪胎的安裝點(diǎn)選擇轉(zhuǎn)向節(jié)標(biāo)記點(diǎn)。輪胎的剛度定義完成后，需要計算輪胎到車身的傳遞函數(shù)和振動響應(yīng)，用傳遞函數(shù)來校正輪胎模型。

減振器建模方式為彈簧力模擬，減震器的上安裝點(diǎn)為車架上減震器安裝支座，下安裝點(diǎn)在懸架板簧上。輸入減震器的剛度和阻尼，精度調(diào)整一般根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，進(jìn)行復(fù)原阻力，壓縮阻力，運(yùn)動速度的測試。

2.2前橋及連接件運(yùn)動副建模

前橋的模型包括左右板簧柔性體、左右減振器、左右轉(zhuǎn)向節(jié)剛體、轉(zhuǎn)向橋剛體、轉(zhuǎn)向橫拉桿剛體等結(jié)構(gòu)構(gòu)成，每個剛體需要輸入質(zhì)量、質(zhì)心、慣量等物理參數(shù)，柔性體需要定義質(zhì)量、模態(tài)階次等信息。前橋的運(yùn)動副如圖3所示，由21-板簧吊耳旋轉(zhuǎn)副22-轉(zhuǎn)向節(jié)前端與輪胎旋轉(zhuǎn)副23-轉(zhuǎn)向節(jié)旋轉(zhuǎn)副24-減震力25-板簧吊耳后端移動副26-對稱側(cè)結(jié)構(gòu)27-板簧與轉(zhuǎn)向橋固定副組成。21-板簧吊耳旋轉(zhuǎn)副連接車架及柔體板簧只允許一個方向的轉(zhuǎn)動，22-轉(zhuǎn)向節(jié)前端與輪胎連接旋轉(zhuǎn)副在轉(zhuǎn)向節(jié)與輪胎輪心安裝點(diǎn)處施加。23-轉(zhuǎn)向節(jié)旋轉(zhuǎn)副用于約束轉(zhuǎn)向節(jié)與轉(zhuǎn)向橋之間的運(yùn)動，只允許軸向轉(zhuǎn)動，24-減震力用于模擬減震器，分別作用于車架減震器支架作用點(diǎn)和懸架板簧作用點(diǎn)。25-板簧吊耳后端移動副分別作用于車架與懸架板簧上，允許一車架前后方向的移動。27-板簧與轉(zhuǎn)向橋固定副用于模擬懸架板簧與轉(zhuǎn)向橋的固定連接，由于板簧是柔性體存在小變形，因此固定副連接點(diǎn)定義在板簧u型螺栓的中心點(diǎn)，并允許板簧自身存在變形。

2.3前橋輪胎與路面連接

前橋輪胎與路面的連接如圖4所示，由31-右前輪輪胎旋轉(zhuǎn)副及扭矩力32-右前減震器與板簧固定副33-右前輪輪胎旋轉(zhuǎn)副及扭矩力34-輪胎與路面相切點(diǎn)組成，其中在輪胎與轉(zhuǎn)向節(jié)連接點(diǎn)施加旋轉(zhuǎn)副，模擬轉(zhuǎn)向節(jié)與輪胎之間的相對轉(zhuǎn)動，在旋轉(zhuǎn)副上同時施加扭矩，用來保證輪胎相對于地面的驅(qū)動力，減振器下端與板簧固定連接，路面選擇2d或3d平直路面，也可對路面進(jìn)行路譜掃描，將輪胎與掃描路譜進(jìn)行關(guān)聯(lián)驅(qū)動，輪胎與路面的相切點(diǎn)作用于輪胎的小表面且與路面垂直。

2.4前橋動力總成及轉(zhuǎn)向直拉桿

前橋動力總成及轉(zhuǎn)向直拉桿的動力學(xué)模型由41-動力總成右前襯套42-動力總成質(zhì)心43-動力總成變速箱右側(cè)端襯套44-動力總成變速箱端左側(cè)襯套45-動力總成左前襯套46-轉(zhuǎn)向拉桿球鉸47-轉(zhuǎn)向直拉桿與轉(zhuǎn)向器球鉸組成。通過襯套連接將動力總成質(zhì)心、慣量施加于車架上，同時考慮動力總成懸置的壓裝角度，分別為42,42,20,20度。前橋的總裝結(jié)構(gòu)如圖6所示。

3動力學(xué)模型驗證

3.1柔性體車架模型驗證

由于車架一階模態(tài)在4.5hz因此需要對車架的模態(tài)振型進(jìn)行驗證，柔性體車架的cae模型驗證，將cae計算結(jié)果與車架模態(tài)的實測結(jié)果進(jìn)行一一對比，并對柔性體車架進(jìn)行模型修正，修正的效果為1-20hz一下的模態(tài)值誤差在5％以內(nèi)。然后將柔性體車架添加在動力學(xué)模型中進(jìn)行動力學(xué)建模搭建。

3.2柔性體板簧的剛度模型驗證

柔性體板簧的剛度模型驗證，進(jìn)行板簧柔性體建模，施加板簧之間的非線性接觸，將模態(tài)文件1-3階導(dǎo)入到動力學(xué)模型中進(jìn)行裝配建模。

板簧剛度擬合，進(jìn)行動力學(xué)裝配前，還需要進(jìn)行板簧的剛度擬合，分別對前板簧、后板簧進(jìn)行剛度擬合，加載過程中，從2000n-12000n進(jìn)行加載和卸載試驗，用加載力的差值處于靜態(tài)撓度的差值，得出板簧剛度，工況按照動力學(xué)分析工況，空載和滿載工況進(jìn)行剛度擬合。然后將擬合結(jié)果與試驗結(jié)果進(jìn)行對比，調(diào)整擬合結(jié)果，將擬合結(jié)果驗證完畢，進(jìn)行動力學(xué)板簧裝配。

3.3減振器剛度阻尼模型驗證

減振器剛度阻尼模型驗證，主要為試驗手段進(jìn)行，將減振器安裝于振動試驗臺上，減振器伸縮速度從0.05-1.0m/s的速度進(jìn)行逐級遞增的伸縮試驗，得出減振器的復(fù)原和壓縮阻力及速度，進(jìn)行換算求解出減振器的剛度阻尼，施加到動力學(xué)模型中。這樣動力學(xué)模型可以保證減振器的剛度和阻尼值。

3.4驗證系統(tǒng)模態(tài)

驗證所有子系統(tǒng)的模態(tài)，主要包括，動力總成剛體模態(tài)、前橋懸架系統(tǒng)的偏頻模態(tài)、包括轉(zhuǎn)向橋、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向拉桿、板簧的模態(tài)，將模態(tài)值進(jìn)行修正后加入動力學(xué)模型中。

在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。

以上這些實施例應(yīng)理解為僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。在閱讀了本發(fā)明的記載的內(nèi)容之后，技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。