平衡悬架重卡承载系统对整车传动系的影响

李海波，王俊伟，居刚，高松

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

平衡悬架重卡承载系统对整车传动系的影响

李海波，王俊伟，居刚，高松

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章基于ADAMS建立的平衡悬架重卡承载系统及传动系统的结构仿真模型，通过对承载系统参数的调整，分析了不同参数变化下对整车传动系的影响，为平衡悬架系统的匹配设计提出新的设计依据，同时也为平衡悬架重卡的爬坡噪声问题提出了一个理论解释。

平衡悬架；传动系统；车架姿态；影响

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2016.10.020

CLC NO.: U462 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)10-59-04

前言

随着重型商用车对承载能力要求的增加，平衡悬架系统以其优越的承载性能及良好的通过性、轮胎附着性[1,2]等优点在重型商用车上的应用越加广泛。目前对平衡悬架系统的研究主要集中于其平顺性性能与数学建模[3-5]的研究以及使用故障模式的分析[6-7]等，对于平衡悬架系统在整车上的匹配问题则鲜有阐述。本文基于ADAMS软件建立整车的承载系统及传动系统结构模型，分析车辆的承载系统的变化对传动系的影响。

1、整车传动系的要求与影响

在车辆的匹配设计工作中，传动轴的设计是整车传动系的设计的重要部分。合理的万向节传动设计与布置，尽可能实现连接两轴的等速运转[8]，才能可靠的传递动力，抑制传动过程中产生的振动，以达到降低传动系统产生附加载荷、振动和噪声的目的。

平衡悬架重卡的传动轴基于安装位置主要由两种：桥前传动轴及桥间传动轴。本文以6×5牵引车为研究对象，如图1所示，桥前传动轴连接发动机与中桥，桥间传动轴连接中桥与后桥。该两处传动轴均属于典型的双十字万向节传动结构。对于长轴距的重型载货车其中桥前传动系统由多根传动轴组成，但除中桥前传动轴外，其余传动轴均与车架保持固定，故也可等效为本模型进行分析。

在整车传动系的设计过程用，为保证车辆具有良好的传动性能，降低附加振动与噪声，传动轴的布置设计均需满足：传动轴相连的两万向节叉布置在同一平面内，且使万向节夹角α1与α2相等；但是由于整车驱动系统中各个零部件的设计原因，传动轴相连的两万向节叉很难布置在同一平面内，一般仅要求α1=α2。

2、平衡悬架的设计要求

平衡悬架系统主要由平衡轴总成、推力杆以及钢板弹簧组成，结构如图2所示，为保证悬架系统的承载性及传动系统的稳定性，一般设计时要求中后桥轮心到平衡轴的距离相等，桥间传动轴的万向节夹角相等（满载状态）。

平衡悬架的结构可等效为如图3的两个四连杆机构组成。由于在平衡悬架匹配过程中，一般默认为车架为水平状态，即车架姿态角θ=0，此时中、后桥与车架下翼面的竖直距离S1=S2，设计要求α1=α2。但车辆在实际运行过程中由于前后悬架承载能力的不同，车架会产生姿态角θ，如图3所示，由于中后桥轮胎始终与地面接触，即中、后桥的轴心距地面的距离H1=H2，钢板弹簧总成绕平衡轴总成旋转轴心W产生转角θ，使得S1，S2的不同。姿态角θ及S1，S2的变化都会导致四连杆机构的改变，从而导致中桥前传动轴、桥间传动轴万向节夹角的改变，对传动系产生影响。基于此，本文通过ADAMS建立底盘结构仿真模型来研究承载系统的参数改变对传动系的影响。

3、平衡悬架底盘的建模

本文基于某6×4重型牵引车建立结构仿真模型，通过建立简易的平衡悬架结构模型、传动系统模型，通过对模型的运动学仿真，考察钢板弹簧变形以及整车姿态角变化对传动系角度的影响。

3.1 悬架硬点

参照图2，通过作图法得到车架在水平状态，某重型商用车后悬架系统无载荷时平衡悬架初始状态的硬度参数，如表1所示：

表1 悬架硬点参数

3.2 弹性元件

为更精确的考察由于由于前后悬架钢板弹簧弧高改变导致的整车姿态角对后桥传动系的影响，将前后悬架的钢板弹簧弹簧采用ADMAS中的刚体及衬套弹性单元取代，用于建立运动模型，如图4所示。

4、仿真分析

根据建立的ADMAS结构模型，通过改变车架姿态角、悬架钢板弹簧弧高等设计参数，以模拟车辆在运行过程中由于载重以及工况的变化对传动系统的影响，通过对仿真结果的分析，以确定各因素对传动系的影响，为平衡悬架系统的设计匹配提供理论依据。

4.1 车架姿态角对传动系的影响

在平衡悬架系统钢板弹簧弧高不变的情况下，通过改变车架姿态来分析车架姿态变化对后桥传动系的影响，仿真结果如下图5、图6所示。

图5为车架姿态变化时，桥前传动轴与桥间传动轴两端两万向节夹角的变化曲线，由图中可以看出，随着车架姿态角度的增加，桥前传动轴两端万向节夹角均发生微小变化，但是变化趋势相同，由两曲线的差值可以看出，两传动轴夹角的差值基本保持不变，结合图6传动轴两端万向节输入、输出的角加速度差的曲线可以看出，车架姿态的变化对于中桥前传动轴的传动几乎没有影响。

从图5（b）中可以看出车架姿态角的变化对于桥间传动轴两端万向节夹角的影响较大，随着车架姿态角的增加，桥间传动轴两端万向节夹角的变化趋势相反，且变化量基本相同。图6（b）为车架姿态改变对传动轴加速度的影响，由图可以看出随着车架姿态角的增大桥间传动轴两端万向节输入、输出端的角加速度的差值逐渐增大，从中可以得出，桥间传动轴两端万向节的输入端与输出端的速度差值逐渐增大。万向节速度的不同，会引起动力总成支持和悬架弹性元件的振动，以及后桥相连齿轮的冲击和噪声[8]。

4.2 悬架板簧弧高变化对传动系的影响

对建立的ADAMS模型施加约束，保证车架姿态的不变，通过加载，以衬套的变形来等效后悬架钢板弹簧弧高变化，对后悬架及传动系统的仿真结果如图7、图8所示。

根据图7可知，在车架姿态保持不变的情况下，随着悬架钢板弹簧弧高的变化，桥前传动轴、桥间传动轴的万向节夹角的变化趋势下同，且传动轴夹角有完全相等的趋势。这是由于在平衡悬架匹配时，设计要求满载状态下桥前传动轴、桥间传动轴的输入、输出端的万向节夹角相等，以实现在车辆满载状态下传动轴输入、输出的速度速度趋于相等，防止产生振动。从图8传动轴万向节的输入、输出的角加速度变化曲线也可以看出，随着后悬架的承载，变化趋于满载时，桥前传动轴与桥间传动轴的万向节输入、输出的角加速度差呈现变小的趋势。由以上仿真结果可以看出，悬架高度的变化对传动系具有一定的影响，但是影响较小。

4.3 综合效应对传动系的影响

按照车辆正常运行时的状态对模型进行加载仿真，以模拟车辆实际使用过程中随着载荷的增加，考察由于车架姿态角的变化、板簧高度的变化，整车传动系统的变化趋势。

如图9（a）所示，在加载过程中，由于前后悬架的刚度不同，随着前后悬架承载的变化导致的车架姿态角的改变过程中，桥前传动轴两端万向节夹角均呈线性减小，且趋于相等，变化趋势与4.1、4.2的变化相近。由此可以得出，对于桥前传动轴，重卡承载系统参数的变化对其传动系的影响极小。

由图9（b）可以看出，随着整车承载系统参数的变化，在悬架高度降低、车架姿态角的增加的过程中，桥间传动轴与两端万向节的夹角变化趋势相反，且其差值逐渐增大；桥间传动轴万向节输入、输出端的角加速度差也逐渐增大，如图10（b）所示，其变化趋势与4.1中车架姿态变化对桥间传动轴的影响相同。由此看出，在承载系统参数变化中，车架姿态角对桥间传动系的影响较大，这也是许多采用平衡悬架系统重卡在爬坡时，传动系统出现抖动、噪声的主要原因。

5、结论

通过以上对平衡悬架重卡承载系统与传动系统的关系研究可以得出：

1）平衡悬架重卡的车架姿态变化对桥间传动系统的影响较大，这是导致许多平衡悬架重卡在爬坡时，传动系统出现抖动、噪声的主要原因。因此在悬架匹配设计时应该考虑到车架姿态角的变化对传动系的影响；

2）车架姿态的变化对于桥前传动系统几乎没有影响，在悬架设计时可以不予考虑车架姿态的影响；

3）平衡悬架匹配设计时，应满足整车满载状态下传动系的设计要求，此时，悬架高度的变化对整车传动系的影响较小。

[1] 赵礼东,王元良,徐达.多轴平衡悬架新的结构形式及性能分析[J].专用汽车,2003 (5)：10～12.

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[3] 任卫群,杨勇.采用多体系统动力学的平衡悬架牵引车平顺性研究[J].汽车工程,2014,3（26）.331-335.

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[5] 胡志刚,张永林.平衡悬架汽车平顺性分析的建模技术[J].包装工程,2005（26-1）,29-30.

[6] 岳贵平，卢炳武等.平衡悬架失效模式与影响的有限元分析[J].设计.计算.研究,2009（10）：9-12.

[7] 王静,韩学礼,齐向东.载重汽车平衡悬架常见故障及其修理[J].森林工程，2004（20-3）：41-15.

[8] 王望予.汽车设计[J].北京:机械工业出版社,2004.8,114-125.

The Influence of Load-System on Transmission System In Heavy-duty Trucks With Equalizing Suspension

Li Haibo, Wang Junwei, Ju Gang, Gao Song
（Anhui Jianghuai Automotive Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

In the paper, the structure emulate model of load-system and transmission-system of heavy-duty trucks with equalizing suspension was built based on ADAMS. The influence of transmission system was analyzed by the changing of the parameters of the load-system. Through the analyse, the new design gist was given for the matching design of equalizing suspension, and , one of the theory explains of climb-noise of heavy-duty trucks with equalizing suspension was offered.

Equalizing Suspension; Transmission System; Frame Angle; Influence

U462

A

1671-7988(2016)10-59-04

李海波（1982-），男，工程师，就职于安徽江淮汽车股份有限公司。主要从事商用车悬架系统的设计。