履带车辆越障过程的动力学仿真.pdf

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1、第26卷第5期兵工学报Vol.26No.52005年9月ACTAARMAMENTARIISep.2005履带车辆越障过程的动力学仿真12134王克运,张相洪,史力晨,胡卫伍,高海云(11北京特种车辆研究所,北京100072;21总后军需装备研究所,北京100010;31西南车辆制造厂装甲兵军代室,重庆400050;41总后军需军事代表局,北京100071)摘要:研究高速履带车辆越障过程的动力学响应,以多刚体动力学理论为基础对高速履带车辆悬挂系统建立动力学模型。模型中特别考虑了履带的影响,将其抽象为履带环绕惯性力和履带张力之和。通过Matlab/SimuLink环境对

2、所建模型进行了计算机仿真,并将仿真结果与实车实验结果进行对比分析,结果表明了模型的可信度。本文所建模型和建模采用的方法对履带车辆的系统设计和动力学分析具有积极的作用。关键词:固体力学;履带车辆;悬挂系统;动力学;仿真中图分类号:TP39119文献标志码:A文章编号:100021093(2005)0520577207⋯,kn为各负重轮刚度;c1,c2,⋯,cn为各负重轮阻1履带车辆越障过程的描述尼;n为负重轮数。高速履带车辆的典型悬挂结构由履带、负重轮、摆动平衡肘式悬挂的最大特点是车体与平衡肘平衡肘、诱导轮、主动轮、弹性、阻尼元件组成。翻越通过旋转约束副连接,平衡肘只

3、能绕连接点相对车障碍时,负重轮遇到地面凸起或凹陷,平衡肘上下摆体转动而不能相对车体平动。平衡肘的另一端作为动,扭杆弹簧对车体的上下、俯仰运动起到缓冲作负重轮的旋转轴,车辆在行驶过程中通过平衡肘相用,液力阻尼器或摩擦阻尼器在车辆振动过程中不对车体的摆动来起到减振作用。本文以多刚体系统断耗散能量以使车辆的运动平稳。动力学理论为基础建立了摆动平衡肘式悬挂系统模长期以来,对于履带车辆悬挂系统动力学建模型,如图2所示,多刚体模型比较真实描述了履带车基于线性假设,采用如图1所示的弹簧—质量模型辆的悬挂结构。进行分析。但是,该模型与履带车辆悬挂系统的实际结构相差较远,不适用于描述

4、履带车辆越障过程的大位移运动。图2坦克简化模型Fig.2Schematictankmodel如图2所示,履带车辆悬挂系统的多刚体系统组成为:图1履带车辆的弹簧—质量模型1)车体(包括主动轮和诱导轮)。这里忽略主Fig.1Spring2massmodelofthe1/4trackedvehicle动轮和诱导轮相对车体的自转,所以认为二者与车图中:m1,m2,⋯,mn为各负重轮质量;f1,f2,体为一体。⋯,fn为地面输入激励;K1,K2,⋯,Kn为各悬挂单2)负重轮—平衡肘集成结构。由于负重轮自元刚度;C1,C2,⋯,Cn为各悬挂单元阻尼;k1,k2,转对于高速履带车

5、辆悬挂系统动力学影响不大,所收稿日期:2004-09-03578兵工学报第26卷以忽略负重轮相对平衡肘的自转,认为二者联成一[1]根据动力学普遍方程,得到车辆悬挂系统的体相对车体转动。履带环的结构较为特殊,对于车动力学方程的微分形式为体和负重轮—平衡肘集成结构的作用力主要包括履[M][¨q]+[Fm]+[Qext]+[Qint]=[0].(2)带环由于环绕运动而产生的惯性力及自身曲变产生对(2)式中各项的含义说明如下:的张力。1)[M]为车辆系统广义质量矩阵,M11M122履带车辆系统动力学方程[M]=,(3)对称M22设车辆系统由车体、n个负重轮—平衡肘结构式中:

6、组成,选取系统的广义坐标为nnTq=[rcx,rcy,<,θ1,⋯,θn,s],(1)I2mct+∑(mi)-∑(miA„r′cai)i=1i=1其中:rcx,rcy分别为车体质心的位移;<为车体的M11=n;T纵向俯仰角;θ1,⋯,θn分别为各负重轮—平衡肘与对称Jct+∑(mi„r′cai„r′cai)i=1车体的逆时针方向夹角,如图2所示;s为履带环的环绕转动位移。(4)-m1AB1„s″a1⋯-mnABn„s″an0kM12=;(5)TTTm1„r′ca1B1„s″a1+Ja1⋯mn„r′canBn„s″an+Jan-∑mer′cei„IUtii=1Tm1„

7、s″a1„s″a1+Ja1⋯00w00TM22=mn„s″an„s″an+Jan0.(6)kT对称∑(meUtiUti)i=1n(4)式～(6)式中:I2为二阶单位矩阵;mct,Jct分别为2···2[Fmc1]=I2∑{-m1A[r′cai<-Bis″ai(2θ<+<)]};车体的质量和纵向转动惯量;mi为第i负重轮—平i=1衡肘的质量;A为车体连体坐标系XcOcYc相对惯(8)n性参考系XOY的方向余弦矩阵;Bi为第i负重轮[FTT2mc2]=-∑{„r′caiA[-miA(r′cai<-i=1—平衡肘连体坐标系XaOaYa相对车体连体坐标k···2T系Xc