8-3感載閥控制的復(fù)合式空氣懸架三軸汽車軸荷計(jì)算

1、.感載閥控制的復(fù)合式空氣懸架三軸汽車 軸荷計(jì)算 東風(fēng)汽車工程研究院 陳耀明2008年6月30日感載閥控制的復(fù)合式空氣懸架三軸汽車軸荷計(jì)算本文分析的對(duì)象是第二軸采用半橢圓鋼板彈簧和空氣彈簧復(fù)合的空氣懸架，其中空氣彈簧的氣壓，也就是載荷由感載閥控制，而感載閥安裝在第一軸，借助第一軸懸架的變形（靜撓度）即其載荷來控制。也可以說，第二軸和第一軸懸架之間存在一定的關(guān)聯(lián)作用。第一軸和第三軸均采用普通的鋼板彈簧懸架。以下分兩大部分，一是靜態(tài)軸荷的計(jì)算，二是最強(qiáng)制動(dòng)時(shí)軸荷轉(zhuǎn)移的計(jì)算。1、靜態(tài)軸荷各懸架無載時(shí)的相關(guān)位置如圖1之A所示，承受簧載質(zhì)量而變形之后的位置如圖1之B所示，基準(zhǔn)線從1-1移到2-2。定義各符

2、號(hào)意義如下： 簧載總質(zhì)量 簧載質(zhì)量重心到第一軸的水平距離 簧載質(zhì)量重心的垂直位移、 第一、二、三軸懸架剛度（單邊）、 第一、二、三軸懸架靜撓度（變形）、 第二、三軸到第一軸的水平距離、 第一、二、三軸懸架無載時(shí)彈簧到安裝基準(zhǔn)線的垂直距離（亦可理解為無載時(shí)各軸車輪到與基準(zhǔn)線平行的地面接觸點(diǎn)的垂距，即空程）、 第一、二、三軸在支承面上對(duì)簧載質(zhì)量的反作用力（雙邊）根據(jù)平衡條件：， -（1）， -（2）根據(jù)變形一致原理，即各軸懸架變形按比例分配： -（3）由于感載閥安裝在第一軸，其輸出氣壓由第一軸懸架的靜撓度（變形）控制。因感載閥的輸出氣壓與擺桿角度呈現(xiàn)線性關(guān)系，故設(shè)定： -（4）式中 感載閥輸出氣壓

3、 第一軸懸架靜撓度時(shí)感載閥的輸出氣壓 第一軸單位靜撓度所對(duì)應(yīng)的感載閥輸出氣壓在變形不大的條件下，可認(rèn)為空氣彈簧的承壓面積和有效面積變化率均不變，則： -（5）式中 空氣彈簧承受的垂直負(fù)荷（雙邊） 空氣彈簧承壓面積（單邊）將式（4）代入式（5），得： -（6）式中之、均為常數(shù)，且為已知。對(duì)于半橢圓板簧與氣簧并聯(lián)的復(fù)合式空氣懸架，板簧靜撓度就是懸架靜撓度，即： -（7）根據(jù)撓度、負(fù)荷、剛度的關(guān)系，有： -（8） -（9） -（10）式中 第二軸懸架板簧的靜撓度 第二軸懸架板簧的負(fù)荷（雙邊） 第二軸懸架板簧的剛度（單邊）第二軸為并聯(lián)式復(fù)合空氣懸架，其總負(fù)荷為： -（11）將式（11）中代入式（1），

4、得： -（12）將式（11）中代入式（2），得： -（13）將式（12）代入式（13），整理后得： -（14）從式（3）：將式（8）、（9）、（10）代入，得： -（15）將式（8）之代入式（6），得： -（16）將式（16）之代入式（13），得： -（17）將式（17）之代入式（15），整理后得： -（18）聯(lián)立式（14）和（18），將式（14）之代入式（18），整理后得： -（19）令 則式（19）變成： -（20）求到： -（21）其中，為氣簧承壓面積，、為感載閥的特性參數(shù)以及在第一軸的安裝位置，均為確定值。將求到的代入式（14），求到；將、代入式（17），求到；將代入式（16），求到；

5、再將、代入式（11），求到。靜態(tài)軸荷為：式中 、 分別為一、二、三軸非簧載質(zhì)量。從求到的、以及等，就可以校核懸架偏頻、側(cè)傾以及板簧靜應(yīng)力、比應(yīng)力、極限應(yīng)力等。如果汽車超載使用，往往會(huì)使感載閥的擺桿超出極限擺角，使輸出氣壓達(dá)到極限，再也不能升高，這時(shí)的軸荷分配與上述分析略有區(qū)別：式（4）變?yōu)椋?-（4a）式中 極限氣壓，一般為氣源額定供氣壓力式（6）變?yōu)椋?-（6a）將式（6a）之代入式（13），得： -（17a）將式（17a）之代入式（15），整理后得： -（18a）聯(lián)立式（14）和（18a），將式（14）之代入式（18a），整理后得： -（19a）令 則式（19a）變?yōu)椋?-（20a）求到：

6、 -（21a）判斷感載閥是否達(dá)到極限氣壓工況，可按下列步驟進(jìn)行：（1） 先按式（21）求到，代入式（14）求到；（2） 從式（16）求到；（3） 將代入式（5），求到這時(shí)的；（4） 對(duì)比感載閥參數(shù)，若，則已達(dá)到超行程工況，應(yīng)按極限氣壓不再升高進(jìn)行計(jì)算。按式（21a）求到，代入式（17a）求到；從式（6a）可知，代入式（11）求到；將、代入式（1），即求到。同樣，這時(shí)的靜態(tài)軸荷為：二、最強(qiáng)制動(dòng)工況的軸荷轉(zhuǎn)移在靜態(tài)軸荷分配的基礎(chǔ)上，汽車進(jìn)行最強(qiáng)制動(dòng)，這時(shí)各軸軸荷會(huì)發(fā)生變化，稱為軸荷轉(zhuǎn)移。本文規(guī)定一、二軸軸荷增大，三軸軸荷減小。由于最強(qiáng)制動(dòng)工況作用時(shí)間很短，設(shè)定這時(shí)感載閥不充氣，第二軸的氣簧和板簧一

7、起借助變形產(chǎn)生負(fù)荷的變化。圖2示出制動(dòng)工況的各軸懸架撓度（變形）和負(fù)荷增量，圖中2-2為靜態(tài)時(shí)的基準(zhǔn)線位置，3-3為最強(qiáng)制動(dòng)時(shí)的基準(zhǔn)線位置。圖中各符號(hào)定義如下： 制動(dòng)時(shí)總慣性力、 第一、二、三軸制動(dòng)力(雙邊)、 第一、二、三軸懸架的附加變形、 第一、二軸在支承面上對(duì)簧載質(zhì)量的反作用力增量(雙邊) 第三軸在支承面上對(duì)簧載質(zhì)量的反作用力減量(雙邊) 整車重心離地高度根據(jù)平衡條件:, -(22), -(23), -(24)根據(jù)變形一致原理,即各軸懸架變形按比例分配: -(25)在變形不大的條件下,假設(shè)氣簧承壓面積不變,且不計(jì)有效面積變化率的微小變化,有: -(26)式中 、 第二軸板簧、氣簧的負(fù)荷增

8、量(雙邊) 、 第二軸板簧、氣簧剛度(單邊)由于第二軸懸架是半橢圓板簧與氣簧并聯(lián),參照式(26), 有: -(27)根據(jù)變形、負(fù)荷、剛度的關(guān)系, 有: -(28) -(29)將式(25)改寫成: 將式(26) 、(28)、(29)代入, 整理后得: -(30)將式(23)中代入式(30), 得: -(31)又將式(27)之代入 -(32)再將式(26)之代入式(32), 得: 即: -(33)令 則式(33)變成: -(33a)現(xiàn)在再考慮制動(dòng)力大小。由于三軸汽車還沒有類似“同步附著系數(shù)”的概念，我們暫且設(shè)定：在最強(qiáng)制動(dòng)時(shí)，一、二軸輪胎壓印，第三軸拖?。ū溃?，即： -(34) -(35) -(

9、36)式中 、 一、二、三軸轉(zhuǎn)移后軸荷 附著系數(shù)顯然： -(37) -(38) -(39)將式（23）中代入式（24），得： -(40)將式（26）中代入式（27）再代入式（40），經(jīng)整理后得： -(41)將式（37）、（38）、（39）代入（34）、（35）、（36）后，代入式（22），再代入式（41），經(jīng)整理后，得： -(42)令 則式（42）變成： -(42a)聯(lián)立式（33a）和（42a），將式（33a）代入式（42a），得： -(43)將求到的代入式（33）或（33a），可求到，代入式（26），求到；將和代入式（27），求到；將、代入式（23），求到。轉(zhuǎn)移后的軸荷和制動(dòng)力可從式（37）、（38）、（39）和式（34）、（35）、（36）求到。因?yàn)闅饣傻膭偠仍谳d荷或氣壓不同時(shí)有差別，在上述計(jì)算時(shí)最好按對(duì)應(yīng)的氣簧負(fù)荷取值。當(dāng)然，強(qiáng)度校核一般選取滿載工況，如有必要，還要選取超載工況。這時(shí)的靜態(tài)負(fù)荷和剛度就應(yīng)按所選工況來取值和計(jì)算。若所設(shè)計(jì)的汽車裝有ABS，則所有車輪在最強(qiáng)制動(dòng)時(shí)均壓印，這時(shí)只要將