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模擬裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)階段對于商用車的整車動力學建模方法基本上基于不變形理論為剛體動力學建模，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模型、前橋及連接件運動副模型、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模型用于模擬輪胎與減振器的動力學關(guān)系，所述前橋及連接件運動副模型用于模擬前橋及連接件運動副的連接及動力學作用，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關(guān)系。

進一步的，所述前橋及連接件運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和懸架板簧作用點，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，其中輪胎與轉(zhuǎn)向節(jié)連接點施加旋轉(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。

進一步的，所述路面選擇2d或3d平直路面，或?qū)β访孢M行路譜掃描，將輪胎與掃描路譜進行關(guān)聯(lián)驅(qū)動，輪胎與路面的相切點作用于輪胎的小表面且與路面垂直。

進一步的，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)方案進行清楚、詳細地描述。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模擬裝置，該模擬裝置重點在于模型的運動關(guān)系及精度驗證。

本發(fā)明的詳細內(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)輪胎等類型進行建模，也可采用模態(tài)輪胎進行定義，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)。前橋輪胎的安裝點選擇轉(zhuǎn)向節(jié)標記點。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，減震器的上安裝點為車架上減震器安裝支座，下安裝點在懸架板簧上。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)進行校正，進行復(fù)原阻力，壓縮阻力，運動速度的測試。

2.2前橋及連接件運動副建模

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和懸架板簧作用點。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，因此固定副連接點定義在板簧u型螺栓的中心點，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-輪胎與路面相切點組成，其中在輪胎與轉(zhuǎn)向節(jié)連接點施加旋轉(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，也可對路面進行路譜掃描，將輪胎與掃描路譜進行關(guān)聯(lián)驅(qū)動，輪胎與路面的相切點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)果進行一一對比，并對柔性體車架進行模型修正，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模型中進行動力學建模搭建。

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)入到動力學模型中進行裝配建模。

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

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，進行換算求解出減振器的剛度阻尼，施加到動力學模型中。這樣動力學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)值進行修正后加入動力學模型中。

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。