本發(fā)明涉及車輛懸架板簧，特別是高強度一級漸變剛度板簧懸架系統(tǒng)偏頻特性的仿真計算法。

背景技術(shù)：

隨著高強度鋼板材料的出現(xiàn)，可采用高強度一級漸變剛度板簧，以滿足在不同載荷下的車輛行駛平順性及懸架漸變偏頻保持不變的設(shè)計要求，其中，高強度一級漸變剛度板簧懸架系統(tǒng)在不同載荷下的偏頻，不僅受各片主簧和副簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)、主簧夾緊剛度、主副簧復(fù)合夾緊剛度和載荷大小的影響，而且還受主簧和副簧的初始切線弧高及開始接觸載荷和完全接觸載荷大小的影響。在給定設(shè)計結(jié)構(gòu)、空載載荷和額定載荷下，高強度一級漸變剛度板簧懸架系統(tǒng)的偏頻特性，是否滿足車輛懸架系統(tǒng)的設(shè)計要求，應(yīng)通過懸架特性偏頻特性仿真計算加以判斷。然而，由于在漸變過程中的板簧撓度及漸變夾緊剛度計算非常復(fù)雜，并且還受重疊部分等效厚度計算、主簧夾緊剛度、主副簧復(fù)合夾緊剛度和接觸載荷反求等關(guān)鍵問題的制約，據(jù)所查資料可知，先前國內(nèi)外一直未給出高強度一級漸變剛度板簧懸架系統(tǒng)偏頻特性的仿真計算法。隨著車輛行駛速度及其對平順性要求的不斷提高，對高強度一級漸變剛度設(shè)計板簧提出了更高要求，因此，必須建立一種精確、可靠的高強度一級漸變剛度板簧懸架系統(tǒng)偏頻特性的仿真計算法，滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展、車輛行駛平順性對高強度一級漸變剛度板簧的設(shè)計要求，并通過懸架系統(tǒng)特性仿真計算及時發(fā)現(xiàn)板簧設(shè)計中所存在問題，從而確保偏頻特性滿足車輛行駛平順性及懸架系統(tǒng)的設(shè)計要求，從而提高產(chǎn)品設(shè)計水平、質(zhì)量和性能及車輛行駛平順性和安全性；同時，還可降低設(shè)計及試驗費用，加快產(chǎn)品開發(fā)速度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種簡便、可靠的高強度一級漸變剛度板簧懸架系統(tǒng)偏頻特性的仿真計算法，仿真計算流程圖，如圖1所示。板簧采用高強度鋼板，寬度為b，彈性模量為E，各片板簧為以中心穿裝孔為對稱的結(jié)構(gòu)，其安裝夾緊距的一半L₀為騎馬螺栓夾緊距的一半L₀；高強度一級漸變剛度板簧的一半對稱結(jié)構(gòu)如圖2所示，由主簧1和副簧2構(gòu)成，其中，主簧1的片數(shù)為n，各片主簧的厚度為h_i，一半作用長度為L_it，一半夾緊長度為L_i＝L_it-L₀/2，i＝1,2,…,n。副簧2的片數(shù)為m，各片副簧的厚度為h_Aj，一半作用長度為L_Ajt，一半夾緊長度為L_Aj＝L_n+j＝L_Ajt-L₀/2，j＝1,2,…,m。末片主簧的下表面與首片副簧的上表面之間的主副簧漸變間隙δ_MA，其大小是由主簧初始切線弧高與副簧初始切線弧高所決定的。當(dāng)載荷達到開始起作用載荷P_k時，在騎馬螺栓夾緊距外側(cè)，末片主簧下表面與首片副簧上表面開始接觸；當(dāng)載荷達到完全接觸載荷P_w時，末片主簧下表面與首片副簧上表面完全接觸。當(dāng)載荷在[P_k,P_w]范圍內(nèi)變化時，主簧末片下表面與副簧首片上表面的接觸位置及主副簧漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwP隨載荷而變化，從而滿足懸架偏頻保持不變的設(shè)計要求。根據(jù)所設(shè)計的高強度一級漸變剛度板簧的各片主簧和副簧結(jié)構(gòu)參數(shù)，彈性模量E，主簧初始切線弧高H_gM0和副簧初始切線弧高H_gA0，板簧懸架系統(tǒng)的空載載荷P₀和額定載荷P_N，對高強度一級漸變剛度板簧懸架系統(tǒng)在不同載荷情況下的偏頻特性進行仿真計算。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的高強度一級漸變剛度板簧懸架系統(tǒng)偏頻特性的仿真計算法，其特征在于采用以下仿真計算步驟：

(1)高強度一級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度和主副簧復(fù)合夾緊剛度的仿真計算：

I步驟：高強度一級漸變剛度板簧的各不同片數(shù)重疊段的等效厚度計算

根據(jù)主簧片數(shù)n,各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,...,n；副簧片數(shù)m,各片副簧的厚度h_Aj，j＝1,2,...,m；主副簧的總片數(shù)N＝n+m，對高強度一級漸變剛度板簧的各不同片數(shù)k重疊段的等效厚度h_ke進行計算，k＝1,2,...,N，即

其中，主簧根部重疊部分等效厚度h_Me＝h_ne；

II步驟：高強度一級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度K_M的仿真計算

根據(jù)高強度一級漸變剛度板簧的寬度b，彈性模量E；主簧片數(shù)n,各片主簧的一半夾緊長度L_i，及I步驟中計算得到的h_ke，i＝k＝1,2,...,n，對主簧夾緊剛度K_M進行仿真計算，即

III步驟：高強度一級漸變剛度板簧的主副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA的仿真計算

根據(jù)高強度一級漸變剛度板簧的寬度b，彈性模量E；主簧片數(shù)n,各片主簧的一半夾緊長度L_i，i＝1,2,...,n；副簧片數(shù)m，各片副簧的一半夾緊長度L_Aj＝L_n+j，j＝1,2,...,m；主副簧總片數(shù)N＝n+m，及I步驟中計算得到的h_ke，k＝1,2,...,N，對高強度一級漸變剛度板簧的主副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA進行仿真計算，即

(2)高強度一級漸變剛度板簧的開始接觸載荷P_k的仿真計算：

A步驟：末片主簧下表面初始曲率半徑R_M0b的仿真計算

根據(jù)主簧片數(shù)n，各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,...,n；首片主簧的一半夾緊長度L₁，主簧初始切線弧高H_gM0，對末片主簧下表面初始曲率半徑R_M0b進行仿真計算，即

B步驟：首片副簧上表面初始曲率半徑R_A0a的仿真計算

根據(jù)首片副簧的一半夾緊長度L_A1，副簧初始切線弧高H_gA0，對首片副簧上表面初始曲率半徑R_A0a進行仿真計算，即

C步驟：高強度一級漸變剛度板簧的開始接觸載荷P_k的仿真計算

根據(jù)高強度一級漸變剛度板簧的寬度b，彈性模量E；首片主簧的一半夾緊跨長度L₁，A步驟中仿真計算得到的R_M0b，B步驟中仿真計算得到的R_A0a，及步驟(1)的I步驟中計算得到的h_Me，對高強度一級漸變剛度板簧的開始接觸載荷P_k進行仿真計算，即

(3)高強度一級漸變剛度板簧的完全接觸載荷P_w的仿真計算：

根據(jù)步驟(1)中計算得到的K_M和K_MA，及步驟(2)中仿真計算得到的P_k，對高強度一級漸變剛度板簧的完全接觸載荷P_w進行仿真計算，即

(4)高強度一級漸變剛度板簧懸架系統(tǒng)在不同載荷下的偏頻特性的仿真計算：

根據(jù)空載載荷P₀，額定載荷P_N，步驟(1)中計算得到的K_M和K_MA；步驟(2)中仿真計算得到的P_k，步驟(3)中仿真計算得到的P_w，對高強度一級漸變剛度板簧懸架系統(tǒng)在不同載荷P情況下的偏頻特性進行仿真計算，即

式中，g為重力加速度，g＝9.8m/s²。

本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點

由于主副簧漸變接觸過程中的撓度計算非常復(fù)雜，同時受板簧重疊部分等效厚度計算和接觸載荷反求等關(guān)鍵問題的制約，據(jù)所查資料可知，先前國內(nèi)外一直未給出高強度一級漸變剛度板簧懸架系統(tǒng)偏頻特性的仿真計算法。本發(fā)明可根據(jù)所設(shè)計的高強度一級漸變剛度板簧的各片主簧和副簧結(jié)構(gòu)參數(shù)，彈性模量，主簧初始切線弧高H_gM0和副簧初始切線弧高H_gA0，空載載荷P₀，額定載荷P_N，在對主簧夾緊剛度K_M、主副簧夾緊剛度K_MA、開始接觸載荷P_k和完全接觸載荷P_w仿真計算的基礎(chǔ)上，對高強度一級漸變剛度板簧懸架系統(tǒng)在不同載荷情況下的偏頻特性進行仿真計算。通過樣機車載行駛平順性試驗可知，本發(fā)明所提供的高強度一級漸變剛度板簧懸架系統(tǒng)偏頻特性的仿真計算法是正確的，在不同載荷下的懸架系統(tǒng)偏頻仿真計算值是可靠的。利用該方法，通過偏頻特性仿真計算和驗證，可及時發(fā)現(xiàn)可高強度一級漸變剛度板簧設(shè)計所存在問題，通過改進設(shè)計確保偏頻特性的滿足懸架系統(tǒng)設(shè)計要求，從而進一步提高產(chǎn)品設(shè)計水平、質(zhì)量和性能，提高車輛行駛平順性和安全性；同時，還可降低設(shè)計和試驗測試費用，加快產(chǎn)品開發(fā)速度。

附圖說明

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖做進一步的說明。

圖1是高強度一級漸變剛度板簧懸架系統(tǒng)偏頻特性的仿真計算流程圖；

圖2是高強度一級漸變剛度板簧的一半對稱結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是實施例的高強度一級漸變剛度板簧懸架系統(tǒng)偏頻f₀隨載荷P的變化特性曲線。

具體實施方案

下面通過實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

實施例一：某高強度一級漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，騎馬螺栓夾緊距的一半L₀＝50mm，彈性模量E＝200GPa。懸架系統(tǒng)的空載載荷P₀＝1715N，額定載荷P_N＝7227N。主簧片數(shù)n＝3片，各片主簧的厚度h₁＝h₂＝h₃＝7mm，一半作用長度分別為L_1t＝525mm，L_2t＝461mm，L_3t＝399mm，一半夾緊長度分別為L₁＝L_1t-L₀/2＝500mm，L₂＝L_2t-L₀/2＝436mm，L₃＝L_3t-L₀/2＝374mm。副簧片數(shù)m＝2片，各片副簧的厚度h_A1＝h_A2＝12mm，各片副簧的一半作用長度分別為L_A1t＝350mm，L_A2t＝225mm，各片副簧的一半夾緊長度分別為L_A1＝L₄＝L_A1t-L₀/2＝325mm，L_A2＝L₅＝L_A2t-L₀/2＝200mm。主副簧的總片數(shù)N＝5。主簧初始切線弧高H_gM0＝112.5mm，副簧初始切線弧高H_gA0＝21.5mm。根據(jù)各片板簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)，彈性模量，主簧初始切線弧高H_gM0和副簧初始切線弧高H_gA0，空載載荷P₀，額定載荷P_N，對高強度一級漸變剛度板簧懸架系統(tǒng)的偏頻特性進行仿真計算。

本發(fā)明實例所提供的高強度一級漸變剛度板簧懸架系統(tǒng)偏頻特性的仿真計算法，其仿真計算流程如圖1所示，具體仿真計算步驟如下：

(1)高強度一級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度和主副簧復(fù)合夾緊剛度的計算：

I步驟：高強度一級漸變剛度板簧的各不同片數(shù)重疊段的等效厚度計算

根據(jù)主簧片數(shù)n＝3,各片主簧的厚度h_i＝7mm，i＝1,2,...,n；副簧片數(shù)m＝2,各片副簧的厚度h_Aj＝12mm，j＝1,2,...,m；主副簧的總片數(shù)N＝5，對該高強度一級漸變剛度板簧的各不同片數(shù)k重疊段的等效厚度h_ke進行計算，k＝1,2,...,5，即

h_1e＝h₁＝7.0mm，

其中，主簧根部重疊部分等效厚度h_Me＝h_3e＝10.1mm。

II步驟：高強度一級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度K_M的仿真計算

根據(jù)該高強度一級漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200GPa；主簧片數(shù)n＝3,各片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，L₂＝436mm，L₃＝374mm，及I步驟中計算得到的h_1e＝7.0mm，h_2e＝8.8mm，h_3e＝10.1mm，k＝i＝1,2,...,n，對主簧夾緊剛度K_M進行仿真計算，即

III步驟：高強度一級漸變剛度板簧的主副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA的仿真計算

根據(jù)高強度一級漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200GPa；主簧片數(shù)n＝3，各片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，L₂＝436mm，L₃＝374mm；副簧片數(shù)m＝2，各片副簧的一半夾緊長度L_A1＝L₄＝325mm，L_A2＝L₅＝200mm；主副簧總片數(shù)N＝5，I步驟中計算得到的h_1e＝7.0mm；h_2e＝8.8mm；h_3e＝10.1mm；h_4e＝14mm；h_5e＝16.5mm；k＝1,2,...,N，對該高強度一級漸變剛度板簧的主副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA進行仿真計算，即

(2)高強度一級漸變剛度板簧的開始接觸載荷P_k的仿真計算：

A步驟：末片主簧下表面初始曲率半徑R_M0b的仿真計算

根據(jù)主簧片數(shù)n＝3，各片主簧的厚度h_i＝7mm，i＝1,2,...,n；首片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，主簧初始切線弧高H_gM0＝112.5mm，對末片主簧下表面初始曲率半徑R_M0b進行仿真計算，即

B步驟：首片副簧上表面初始曲率半徑R_A0a的仿真計算

根據(jù)首片副簧的一半夾緊長度L_A1＝325mm，副簧初始切線弧高H_gA0＝21.5mm，對首片副簧上表面初始曲率半徑R_A0a進行仿真計算，即

C步驟：高強度一級漸變剛度板簧的開始接觸載荷P_k的仿真計算

根據(jù)高強度一級漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200GPa；首片主簧的一半夾緊跨長度L₁＝500mm，步驟(1)中計算得到的h_Me＝10.1mm；A步驟中計算得到的R_M0b＝1188.4mm，B步驟中計算得到的R_A0a＝2467.1mm，對該高強度一級漸變剛度板簧的開始接觸載荷P_k進行仿真計算，即

(3)高強度一級漸變剛度板簧的完全接觸載荷P_w的仿真計算

根據(jù)步驟(1)中計算得到的K_M＝51.3N/mm和K_MA＝173.7N/mm，及步驟(2)中仿真計算得到的P_k＝1885N，對該高強度一級漸變剛度板簧的完全接觸載荷P_w進行計算，即

(4)高強度一級漸變剛度板簧懸架系統(tǒng)在不同載荷下的偏頻特性的仿真計算

根據(jù)空載載荷P₀＝1715N，額定載荷P_N＝7227N，步驟(1)中計算得到的K_M＝51.3N/mm和K_MA＝173.7N/mm；步驟(2)中仿真計算得到的P_k＝1885N，步驟(3)中仿真計算得到的P_w＝6383N，對該高強度一級漸變剛度板簧懸架系統(tǒng)在不同載荷P下的偏頻特性進行仿真計算，即

利用Matlab計算程序，仿真計算所得到的該高強度一級漸變剛度板簧懸架系統(tǒng)偏頻f₀隨載荷P的變化特性曲線，如圖3所示，其中，當(dāng)載荷P＝P₀＝1715N時，懸架系統(tǒng)偏頻f₀＝2.725Hz；當(dāng)載荷P∈[P_k,P_w]＝[1885,6383]N范圍內(nèi)變化時，懸架系統(tǒng)偏頻保持f₀＝2.599Hz不變；當(dāng)載荷P＝P_N＝7227N時，懸架系統(tǒng)偏頻f₀＝2.44Hz。