一种提升桥载货车轴荷与制动性能分析

陈光明，赵刚，张翔

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

一种提升桥载货车轴荷与制动性能分析

陈光明，赵刚，张翔

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

随着汽车市场的不断发展，用户对汽车性能要求越来越高，带提升桥的载货车越来越受到用户的青睐，其具有较好的动力性、经济性及适应更多的复杂路况。汽车制动性能对汽车安全性至关重要，如今对常规车辆的制动性能分析已经较为成熟，但某些带提升桥的车辆由于提升机构的存在，其制动性能的分析方法存在一定差异。文章针对一种液压提升四桥的8×2载货车进行分析，建立静力学和动力学力学模型，分析各轴载荷及其各轴制动力矩，并通过对整车制动性能的分析简要说明一种新的制动性能分析方法。

提升桥；制动强度；多轴车；轴荷

CLC NO.:U463.5 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-37-04

引言

汽车的轴荷及制动性能分析多以二轴车为模型，也有少数文献对二轴以上的汽车进行分析，但由于本文所分析的四桥提升8×2载货车悬架结构的特殊性，需将其原始力学模型转化为超静定结构的四轴汽车力学模型，然后加以计算分析得出该车各轴轴荷、制动力矩以及制动力分配关系，并通过软件编程计算的方法对整车制动强度及车轮抱死条件进行分析。

1、四桥提升8×2载货车力学模型建立

1.1 静态轴荷力学模型建力

四桥提升8×2载货车第一轴、第二轴悬架与普通四轴车相同，采用的是普通钢板弹簧悬架，第三轴、第四轴共用一个钢板弹簧，采用连杆机构连接三、四轴以便于提升结构的实现，结构简图如图1所示。由于本文论述重点不在提升桥原理，因此具体提升机构原理不做过多叙述。同时，由于本文所分析车型第四轴在提升状态下其分析模型与普通三轴车相同，因此对该状态也不做具体分析，重点阐述该车型四轴落地时的制动工况。

1.1.1 原始静态轴荷力学模型建立

通常四轴重型载货车车架刚度远大于悬架刚度，车架在悬架支点处的变形远小于悬架本身的变形，因此建模时车架视为一个刚体，其变形量忽略不计。同时为了简化力学模型，我们假设悬架变形在线弹性范围内。如此我们可以将一、二轴悬架分别视为一个线性弹簧，三轴、四轴均通过三轴悬架传递车架载荷，因此我们可以将三轴板簧视为由两个线性弹簧组成的线性弹簧。假定加载前车架在某一位置，加载后车架必然绕着某一点旋转一定角度，建立力学模型如图2所示。

图2 原始静态轴荷力学模型

图中F1到F4分别表示四轴车第一轴到第四轴的轴荷，a1到a3分别表示第二轴到第四轴至第一轴的距离，x0表示加载时的旋转点到第一轴的距离，b0为质心到第一轴的距离，G为整车质量，x1到x4表示每轴中心位置车架下沉高度，L1、L2表示三轴板簧两端到三轴中心位置水平距离，L3、L4表示连杆两端到车架支点处的水平距离，F3a、F3b为三轴板簧两个端点的竖直受力，F0为连杆支点处竖直受力。

1.1.2 转化后静态轴荷力学模型建立

采用如图2所示的静态轴荷力学模型，由力和力矩平衡关系可得：

图3 转化后静态轴荷力学模型

根据图3所示力学模型建立方程解得：

1.2 动态轴荷力学模型建力

当车辆进行制动时，由于运动惯性的作用，引起整车的轴荷转移，即车辆前端有轴荷增加的趋势，车辆后端有轴荷减小的趋势，整车产生前倾的运动趋势。在此运动过程中车架上必然有一点不动，则其整车制动过程中车架必然绕着这一点旋转，我们可以建立力学模型如图4所示。

图4 动态轴荷力学模型

图4中y0为旋转中心到第一轴的距离，y1到y4为各轴悬架在动载荷的作用下产生的变形量，z为汽车第一轴车轮刚要抱死或各轴车轮同时抱死时整车最大制动强度，hg表示质心到地面的距离，F1、F2、F3、F4分别表示第1、2、3、4轴的动载荷。

根据图4模型建立方程，并求解如下：

再根据力矩平衡建立方程，求解第j轴动载荷如下：

式中ki为第i轴的悬架刚度，其中当j=1时，aj-1=0。

1.3 制动过程中各轴轴荷

由式（5）、（7）可以计算出整车制动时各轴轴荷如下：

此处Nj为整车制动过程中各轴轴荷，即静态轴荷与动载荷之间的差，1.1和1.2中的Fj仅作为公式推导过程的中间载荷表示符号。

2、整车参数及制动器选用

2.1 整车参数

图3、图4部分参数见表1，其中m为各载荷条件下的整车质量：

表1 各载荷状态下整车主要参数

2.2 制动器选用

整车参数确定后，依据表1各参数同时结合实际车辆使用状态，我们为该车型匹配前盘后鼓形式制动器，即一、二桥为盘式制动器，三、四桥为鼓式制动器，具体各轴制动器参数见表2：

表2 各制动器参数

表3 制动器Trj值

3、整车最大制动强度分析

整车最大制动强度z是我们在分析整车制动性能过程中的一个非常重要的参数，它直接决定了整车制动能力的强弱，因此本文就以该车最大制动强度的分析来对这种提升桥载货车的制动性能进行具体分析。

确定了整车参数及制动器参数后，就可以对该车制动性能进行分析。根据式（8）可知，整车在制动过程中，其各轴载荷与最大制动强度之间相互关联。整车在制动过程中可以将其分为两个阶段进行计算。一个为四轴车轮均未抱死的情况，一个为各轴车轮陆续抱死的阶段。

3.1 各轴车轮均未抱死制动力计算

当整车各轴车轮均未出现抱死情况，则整车的制动力等于各轴制动器制动力之和，这是一种最简单的制动分析工况。假设Ffj为第j轴制动力，则我们可以很容易得出：

3.2 车轮抱死时制动力计算

当车轮出现抱死情况，3.1中所述制动力计算方法则不适用于该工况，车轮抱死时我们可以认为车轮与地面之间为动摩擦关系，其Ffj可以表示如下：

其中μ为地面与轮胎之间的附着系数。

3.3 整车最大制动强度分析

由于整车制动过程中各轴车轮抱死有先后，因此在计算整车最大制动强度时需综合考虑车轮抱死与非抱死状态，假设Ff为整车总的制动力，则有：

从式（8）、（10）中可以看出，当车轮抱死时其单轴制动力Ffj大小受最大制动强度z影响，从式（11）可以看出最大制动强度z同时也受Ffj影响，这样的相互关联关系使我们在分析最大制动强度时无法使用常规计算方法来实现。为此，本文在计算最大制动强度时使用编程软件，来确定各轴抱死状态，并通过z、Ffj往复循环计算的方法来计算z值。此处我们以满载状态为例，计算数据如下图所示：

图5 z-P关系图

图5为软件编程计算出来的制动强度z与整车制动气压P的关系图，气室最大压力取7bar，μ取0.7。从以上计算数据可以看出，该车最大制动强度为0.7，根据a=zg可得，车辆最大制动减速度可达6.86m/s2，满足文献[3]中对制动减速度的要求。同时从各轴抱死压力可以看出该车制动时各轴抱死顺序依次为二桥、一桥、三桥、四桥，从曲线图可以看出，在每个轴抱死位置制动强度随压力增长速度逐步降低并趋于稳定，通过对车轮抱死情况的分析，有助于我们在实际车辆使用过程中对出现的问题和故障进行排查处理。

4、结束语

本文通过对一种较为新型的提升桥多轴载货车进行制动性能分析，论述了一种适于该车型制动性能计算分析的新方法。采用静力模型转化，将提升桥的特殊悬架结构转化为普通多轴车静力模型，并分析其动力模型结构，通过悬架刚度计算制动过程中的各轴载荷变化。并通过编程软件循环计算的方式，精确的描绘出其制动强度与制动气压的关系曲线，计算出整车最大制动强度及减速度，同时模拟分析出整车各轴抱死情况及条件，为专业人员在处理实际制动问题提供理论参考依据。为此类结构车型开发制动性能分析提供一种新的理论计算方法。

[1] 余志生.汽车理论.机械工业出版社.2000.

[2] 刘惟信.汽车制动系的结构分析与设计计算.2004.9.

[3] 中华人民共和国国家标准.GB12676-2014商用车辆和挂车制动系统技术要求及试验方法.

[4] 王兴东，杨波，邹光明.多轴汽车轴荷分配和转移的计算方法研究.湖北工业大学学报.2000,6.

[5] 万振，高峰，丁靖，吴学雷.多轴车制动的动力学模拟及制动性能分析.中国机械工程.2008.19.

A bridge load axle load and braking performance analysis

Chen Guangming, Zhao Gang, Zhang Xiang
( Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

With the continuous development of automobile market, Users take higher requirements of performance of truck.A truck with a lifting axle is more and more popular for users,which has better power,economy and adapt to more complex road conditions. Automobile braking performance is very important to automobile security, now the conventional vehicle braking performance analysis has been more mature, but due to existence of the lifting mechanism to the truck with lifting axle , the analysis method of the braking performance exists certain difference. This article makes analysis for a hydraulic lifting rear axle 8 × 2 truck, builds static and dynamic mechanics model, analyses the axial load and the brake torque, and makes a brief description of a new analysis method of braking performance through the analysis of automobile braking performance.

Lifting axle; Braking strength; Multi-axle vehicle; Axle load

U463.5

A

1671-7988(2016)07-37-04

陈光明，助理工程师，大学本科毕业，就职于安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，从事底盘制动系统设计开发工作。

张翔，助理工程师，大学本科毕业，就职于安徽江淮汽车股份有限公司商用车研究院，从事发动机变速箱悬置、离合器、离合操纵、变速箱及选换挡操纵布置等工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.012