某轻卡整车姿态角校核方法

徐斌，徐晴朗

（安徽江淮汽车集团股份有限公司国际公司，安徽 合肥 230601）

引言

整车姿态角是汽车设计中的重要参数，汽车设计中也对该其取值范围进行了严格的要求。

整车姿态角即为车架上平面与地面形成的角度，前低后高，空载时角度大一些，满载时角度小些。整车姿态角会影响轴荷分配、接近角、离去角、通过角、质心位置等参数，主要作用之一是为了防止货位坠尾（即货物向后滑），其次也有减少气流通过底盘时空气产生的升力，对于提升制动力和燃油经济性也有一定的作用。但整车姿态角也不宜过大，否则会导致紧急制动时货物惯性前移趋势增加，导致货箱或者后围受到冲击损伤。

整车姿态角在汽车理论中推荐的姿态角范围如下：0.5°＜满载时θm＜1°；1°＜空载时θk＜1.5°

本文主要针对某款江淮轻卡的整车姿态角校核方法进行阐述。

整车姿态角的确认首先需要得到地面线。汽车由于自重，导致悬架发生压缩形变（即悬架扰度），以及轮胎与地面发生挤压形变，这时，以前后轮胎为参考对象，得出的其与地面接触点连线称为地面线。地面线在卡车设计中一般需要给出满载和空载两种状态。

下面，以某轻型卡车为例，简述地面线以及整车姿态角的校核过程。

1 簧上质量的计算

为求得簧上质量，需要输入以下参数，如表1所示。

簧上质量一般采用轴荷质量减去非簧上质量部分得出。非簧上质量主要包括桥、制动器、轮罩、轮胎等没有位于悬架上方的部件重量，板簧本身以及直拉杆、减振器、传动轴等由于只有一端与车架相连，另一端与悬架或者桥连接，其计入非簧上质量的比例视具体车型有所不同，一般取值在50%～75%之间。该车型计算拟取悬架质量的75%，直拉杆、传动轴和减振器质量的50%计入非簧上质量。

前轴簧上质量m1计算公式为：

后轴簧上质量m2计算公式为：

将表1中参数代入公式（1）和公式（2），计算可以得出该车的簧上质量如下表2所示。

表1 簧上质量计算参数

表2 簧上质量统计表

2 悬架和轮胎形变计算

该轻型卡车采用钢板弹簧结构，8.25R16 16PR轮胎，其主要参数如下表3所示。

表3 悬架、轮胎参数表

其中悬架扰度以簧上质量做为载荷输入，在具体计算过程中，假设左右簧上载荷相等，即簧上质量的一半。

前悬架在某载荷状态下的静扰度fc1和弧高hc1计算公式如下：

后悬架由于是主副簧结构，其静扰度fc2计算公式分为两种，在副簧未接触前，计算公式为：

当副簧接触后，计算公式为：

后悬架弧高计算公式为：

轮胎形变以轴荷质量做为载荷输入，在具体计算过程中，假设每个轮胎的载荷均匀，即轴荷与该轴轮胎个数相除的结果。

该车型前轴为单胎，故前轮胎压缩变形量Δr1和负荷半径r1s计算公式分别为：

该车型后轴为双胎，故后轮胎压缩变形量Δr2和负荷半径r2s计算公式分别为：

将表2和表3的参数代入公式（3）～（11）计算，可以得出如表4所示的参数结果。

表4 前后悬架/轮胎形变参数表

3 地面线绘制和整车姿态角测量

图1 轮心坐标测量图

现代汽车设计，已经逐步实现借助专业三维软件，如UG、CATIA、PROE等工具实现整车3D数模模拟。其中形变部件如悬架、轮胎数模采用参数化设计，只需对形变数据进行输入变更即可得到该弧高状态下的部件姿态数模。因此我们可以通过整车相关模块数模的组装即可得到各载荷状态下的轮心坐标位置，如图1所示。

由于轮胎数模形变不宜模拟，供应厂商一般无法提供可形变数模。所以大多数情况下，车型地面线设计校核采用全三维数据（含带参的悬架数模）进行轮心位置测量确认后，结合二维画图法画出各状态下的轮胎负荷外形，从而求得地面线位置，并测量得出某一载荷状态下的整车姿态角，如图2所示。

图2 某轻卡满载时整车姿态角校核图

通过上述方法，可以得出该车整车姿态角校核结果如表5所示。

表5 整车姿态角校核结果

至此，整车姿态角校核完毕。

4 结论

本文结合江淮某轻卡参数输入，简述了轻卡整车姿态角的校核方法。为国内同类车型的在整车姿态角校核提供了一定的参考和指导意义。

[1] 王望予.汽车设计.[M]机械工业出版社p21-24,p83-91.

[2] 陈家瑞.汽车构造.下册.机械工业出版社p206-241.

[3] 王霄峰.汽车悬架和转向系统设计.清华大学出版社P102-134.

[4] 江淮汽车技术中心.底盘总布置设计指南.p26-50.