一种重型卡车驾驶室后悬置的介绍

重型汽车瓦特杆结构驾驶室后悬置运动轨迹本文将介绍一种瓦特结构驾驶室后悬置的运动轨迹，通过对瓦特杆结构关键点进行参数化建模，然后利用ADAMS求解，以得到该结构的运动轨迹。

正文
1 导言
随着对重型汽车舒适性要求的提高，驾驶室全浮悬置已经成为主机厂的主流配置。

而全浮悬置分为前、后悬置，对于后悬置结构常见的有推力杆（panhard）导向的后悬置（关联悬置）和单横臂导向的后悬置（独立悬置）。

对于推力杆结构的后悬置，其结构本身有加剧侧倾趋势的缺点，且推力杆越短，布置的越倾斜，这种趋势越剧烈；且由于其只依靠一个点固定，在驾驶室有前后运动时，有可能发生侧偏的问题。

对于单横臂导向的后悬置结构，其主要问题是结构较复杂，占用空间大。

在底盘悬架上采用的瓦特杆导向结构可以有效避免推力杆结构侧倾的问题，而占用空间的问题可以通过合理的结构设计解决。

基于瓦特杆导向机构具有的特点，本文将介绍一款瓦特杆结构的驾驶室后悬置结构，并将基于参数化的建模的方法得到其数学函数关系，然后利用ADAMS 软件求解，以获得该种结构的运动轨迹。

2 瓦特杆运动轨迹的分析
2.1瓦特杆结构驾驶室后悬置介绍
本文介绍的瓦特杆结构驾驶室后悬置如图1所示，驾驶室后悬置主要由上支架、下支架、集成减振器的气囊和瓦特杆导向机构组成，瓦特杆结构包括序号1和3两个瓦特杆（序号1和3完全相同，安装初始角也相同）以及序号2转枢组成。

驾驶室与上支架连接，下支架与车架连接。

P0（x0,y0）
P1（x1,y1）P2（x2,y2）
P3（x3,y3）
P4（x4,y4）
图1 瓦特杆机构驾驶室后悬置图2瓦特杆机构原理图
2.2 轨迹分析
我们将上图1中瓦特杆结构抽象为原理图2，图2中P1和P4两点分别与车架相连，作为机架连接点，P0点即是转枢的旋转点，上支架能够绕该点旋转。

图2中的圆圈为铰接副，线代表杆。

该结构本质上是一个四连杆机构。

我们假设P1、P2点之间的杆长为L12，P2、P0点之间的杆长为L02，P0、P3点之间的杆长为L03，P2、P3点之间的杆长为L23，P3、P4点之间的杆长为L34，P4、P1点之间的杆长为L14。

由于上述点之间的距离为固定值，可以得到式（1）—（6）：
（x1-x2）2+(y1-y2)2=L122 (1)
（x0-x2）2+(y0-y2)2=L022 (2)
（x0-x3）2+(y0-y3)2=L032 (3)
（x2-x3）2+(y2-y3)2=L232 (4)
（x3-x4）2+(y3-y4)2=L342 (5)
（x1-x4）2+(y1-y4)2=L142 (6) 式（1）—（6）中，各个点之间的距离为已知量，P1和P4两点分别与机架相连，定义坐标原点为（(x1+ x4）/2, y1）=(0,0)，且由于结构对称性，可以得到-x1=x4，L12= L34，L02= L03，L23，而由结构参数可得y4= y1+C(常数)，即P1和P4两点坐标已知，故式（6）全部为已知量，对于求解该式为冗余项。

目标是求得P0点的轨迹，即（x0，y0）的函数关系。

将已知量代入上式（1）—（5），可以利用Maple 等计算非线性方程组的软件求得的x0、y0的函数关系,得到全部轨迹。

但该问题还可以采用ADAMS建模按照结构原理图参数建立模型求解，得到驾驶室后悬置工作范围的转枢轴线的轨迹(为全部轨迹的一段)，轨迹如图3所示,由于可知,在驾驶室工作范围内,其近似为直线,稍有加剧侧倾趋势.
图3 转枢轴线轨迹曲线
由上述可知，驾驶室悬置上支架（工作范围内）在转枢旋转轴中心近似只有竖直向下的运动，因此该中心即为该驾驶后悬置的“力矩中心”[1]，也即后悬置的侧倾中心。

当驾驶室侧倾时，将绕转枢旋转轴转动，其由气囊和减震器提供支撑力。

3 总结和展望
通过上述对瓦特杆轨迹的研究，得出在驾驶室后悬置工作范围内，上支架的转枢旋转轴的运动近似为直线，只有竖直运动，即该旋转轴为驾驶后悬置的侧倾中心。

驾驶室后悬置的上支架的侧倾反力由气囊和减震器提供。

本文只研究了瓦特杆转枢旋转轴线的运动轨迹，在此基础上，后续可以对其的速度、加速度特性进行研究以及瓦特杆的动力学特性进行深入探讨。