某型履带装甲车辆行驶动力学关键模型仿真

苏忠亭 韩小平

摘 要：以某型履带装甲车辆为研究对象，根据路面不平度的拟合公式，结合国家标准GB7031-86《车辆振动输入路面平度表示方法》，建立各等级的履带专用路面模型。结合履带装甲车辆底盘系统关键结构特性和部件连接关系，在履带、负重部、托带部、驱动部、前导部、主体、减震部、平衡部等各部分结构模型之间添加固定副、旋转副、接触等约束关系，建立底盘动力学模型，为分析行驶动力学特性奠定了模型基础。

关键词：履带装甲车辆;行驶;动力学;约束

0 引言

装甲车辆行驶过程中，路面起伏状态对车辆结构状态影响比较大，尤其是履带车辆，为了达到越野能力，履带板对地面的作用力比轮式车辆更严重，使得地面对履带车辆的作用也更加强烈。因此，履带装甲车辆为准确分析装甲车辆行驶过程中路面载荷和内部结构特性对瞄准机齿轮接触特性的影响，需要建立准确的常微分方程和偏微分方程来描述装甲车辆系统各刚体、柔体之间的铰接关系和行驶过程中的动态特性。随着多体动力学的发展，应用计算机技术对车辆行駛过程中的力学行为进行大规模数值模拟在武器系统设计与优化中得到了长足发展，成熟的动力学分析软件提高了动力学仿真分析效率。

1.基本假设

为简化计算，对车辆行驶动力学模型作如下假设：

①行驶前车辆处于静平衡状态;

②机械结构作刚性体处理;

③将供输弹系统、吊篮、观瞄火控系统、动力系统、传动系统等简化为配重，火炮近似简化处理，将质量差值和转动惯量进行补偿。

2.路面模型

乘员、履带装甲车辆和路面是系统综合体，作为履带装甲车辆行驶的专用路面，其表面状态可以有效反映路面的使用能力，也可以准确反映履带装甲车辆的越野功能。当履带装甲车辆在专用路面上行驶时，乘员不会感觉到路面结构的刚强度和稳定程度，而是路面颠簸造成座椅颠簸、车辆溜滑、噪声等直观的感受，而这些直观感受无法通过基底应力、疲劳应力、温度应力、弯沉、层间剪应力等路面结构性能表征参数来表达。作为乘员、履带装甲车辆和路面系统综合体的直接体现参数，在分析舒适性、安全性、经济性和环境保护等领域，路面不平度是常用的反映路面功能和使用性能的控制参数。

路面不平度的拟合公式为：

式中：ω0为参考空间频率，Gq（ω0）为参考空间路面谱值，n为频率指数，ωu、ωl为路面谱的上下限空间频率。

根据式（1）计算路面不平度，按照GB7031-86《车辆振动输入路面平度表示方法》表示的路面分级标准，定义节点，构建单元网格，按照路面数据文件的特定格式构造仿真路面如图1所示，在动力学仿真软件中调用该路面子程序进行仿真。

3.底盘动力学模型

在动力学仿真软件中建立路面和车辆底盘中履带、负重部、托带部、驱动部、前导部、主体、减震部、平衡部等各部分结构模型，并根据实际的结构连接关系，在履带和托带部之间添加接触，在履带与驱动部之间添加添加接触，在履带和前导部之间添加接触，在履带和车体主体之间添加接触，在履带和平衡部之间添加接触，在履带和负重部之间添加接触，在履带与地面之间添加接触，在车体主体与驱动部之间添加旋转副，在车体主体与前导部之间添加旋转副，在车体主体与减震部之间添加旋转副，在车体主体与托带部之间添加旋转副，在负重部与平衡部之间添加旋转副，在平衡部与减震部之间添加固定副等约束，形成底盘系统拓扑关系如图2所示。

根据图2所示的底盘系统拓扑关系，建立底盘动力学仿真模型如图3所示。

图3所示的底盘动力学仿真模型中既包括履带、负重部、托带部、驱动部、前导部、主体、减震部、平衡部等各部分结构，又包括旋转副、固定副、接触等力学约束关系。当赋予驱动部一定数值的驱动力或驱动转速后，底盘系统即按照所添加的各种运动副相互作用，形成行驶过程，对运动过程中关键部件进行动力学仿真。

4. 小结

以某型车辆为研究对象，根据国家标准GB7031-86《车辆振动输入路面平度表示方法》，重构了等级路面模型。在深入分析底盘系统结构特性的基础上，描述了履带推进装置、悬挂装置、行驶牵引力和空气阻力结构拓扑关系和力学关系，建立的底盘动力学模型为分析行驶动力学特性奠定了模型基础。

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