空氣彈簧對重卡平順性影響研究

郝立峰

（安徽華菱汽車有限公司，馬鞍山243061）

交通運輸是發展國民經濟的先行行業，而公路運輸是交通運輸業的主要形式和重要組成部分，承擔著全國四分之三的貨運量和13%左右的貨運周轉量。重型載貨車—尤其是大噸位重型車，以其能耗低、省人工、運輸成本低、經濟效益好等優勢，已經成為貨物運輸的主力軍。隨著我國國民經濟的發展和生活水平的提高，人們對重型卡車的“檔次”提出愈來愈高的要求，而不僅僅將其視為生產工具。我國重型載貨汽車產品技術總的發展趨勢是高檔化、電子化、大噸位、環保化，重點在經濟性、動力性、安全性、舒適性和可靠性等方面的技術水平將得到提高。高價、高檔重型高端重卡汽車在國內銷量的逐年增多即是最好的例證。國內多數重型汽車整車生產廠家日益注重重卡平順性、操縱穩定性等整車性能的改進設計。為保證重卡具有良好的行駛平順性，產品預測尤其重要。以往是先設計和試制出樣車，對樣車進行試驗以評價其行駛平順性，找出行駛平順性存在的問題，探索產生問題的原因，對樣車進行改進，然后再試制再試驗，直至滿意為止。這種做法設計周期長，浪費大量的人力、財力和物力，明顯不能滿足現代重卡產品更新換代的要求。重卡仿真技術恰好適應了這一要求，重卡行駛平順性仿真研究不僅能夠預測新產品的行駛平順性狀況，還可以優化各參數間的匹配關系，改善重卡行駛平順性，縮短設計周期，降低設計成本［1］［2］。 重卡行駛平順性仿真研究同樣可以對已有重卡汽車產品的行駛平順性進行評價，提出改進措施。由于重卡行駛平順性仿真研究具有周期短，節省成本等特點，因而研究重卡汽車各部件對行駛平順性的影響具有很大的指導意義。

1 重卡（滿載）平順性試驗

1.1 試驗數據分析

本次平順性試驗樣車場地及儀器安裝位置見圖1、圖 2。

本次平順性試驗樣車車型采用華菱H08空氣彈簧 （滿載）懸架牽引車底盤。試驗根據國標GB5902-86《汽車平順性脈沖輸入行駛試驗方法》建立典型路面。典型路面平順性以三角形凸塊作為脈沖輸入，三角形凸塊的大小按GB5902-86《汽車平順性脈沖輸入行駛試驗方法》定義，其底邊長400 mm，高120mm。高端重卡汽車載荷均勻分布，在滿載條件下以10～60 km/h的速度通過三角形凸塊。在車廂底板中心處布置1個加速度傳感器，得到相應位置的最大垂直加速度。高端重卡汽車駛過單凸塊的平順性，用最大（絕對值）加速度響應與車速的關系曲線即車速特征評價。

試驗設備采用MDR記錄儀、陀螺、座墊傳感器、五輪儀。樣車裝載狀態為滿載（加載8塊1.5 t混凝土塊），整車總質量24 760 kg。試驗場地在試驗場內性能路面，為干燥、平坦而清潔的水泥混凝土路面，風速平均4.6m/s，大氣溫度平均10.6攝氏度。三角形凸塊如圖3所示:

測試車型總質量大于20 t；B按需要而定，但必須大于輪寬。

試驗過程中，首先將加速度傳感器安裝在車廂底板中心，將凸塊放置在試驗道路中間，并按高端重卡汽車輪距調整好兩個凸塊間的距離。為保證高端重卡汽車左右車輪同時駛過兩個凸塊，應將兩凸塊放在與高端重卡汽車行駛方向垂直的一條線上。試驗時，高端重卡汽車以規定的車速勻速駛過凸塊。在高端重卡汽車通過凸塊前50m應穩住車速，并用測速裝置測量車速。當高端重卡汽車前輪接近凸塊時開始記錄，待高端重卡汽車駛過凸塊并沖擊響應消失后，停止記錄。用三角形凸塊作為脈沖輸入，根據需要可作長坡形凸塊試驗，每種車速的試驗次數不得少于8次［3］。得到試驗數據結果見圖4、圖5。

當采用信號處理機進行數據處理時，要求采樣時間間隔△t<0.005 s，本次試驗的采樣間隔為△t<0.002 s。最大的（絕對值）加速度響應Z¨max按下式計算

根據試驗與仿真結果經過分析，統計列表如下：高端重卡汽車駛過單凸塊的平順性，用最大的（絕對值）加速度響應Z¨max與車速v的關系曲線即車速特性Z¨max-v評價。分析圖5（質心Z向加速度值與車速關系曲線），試驗車在質心處Z¨max的整體趨勢是車速越高，值越小。根據駕駛員的主觀評價，車速越高，振動越小。

脈沖路面下高端重卡汽車行駛平順性評價指標采用的是最大振動加速度和車速特性曲線，即avmax特性曲線。從圖2.5反映了同一個規律：并不是高端重卡汽車行駛速度越高其振動加速度就越大，而是到達某一值后反而隨速度的增加而減小，這一點與試驗得到的曲線規律吻合。由圖中的數據可見，幾種車速下高端重卡汽車駛過三角形凸塊時，各測量點的最大加速度響應振幅值都不大。因此，該車在此脈沖輸入下對駕駛員的健康沒有任何危害。出現的垂直加速度峰值可能是由于路面振動頻率與貨廂固有頻率相同達成共振造成的。根據駕駛員的主觀評價，車速越高，振動越不明顯。總的來講空氣彈簧配置的試驗車在實際應用中其平順性還是很優良的。

1.2 高端重卡動力學模型

按照車輛各部分作用不同和建模的方便將高端重卡分成以下幾個模塊，先建立模板，再由模板生成子系統，最后總裝。具體見圖6。

根據以上步驟，本文利用ADAMS建立了車輛系統的各子系統模型，并定義其相互間的約束關系，最后將各子系統按實際的空間位置及關系組裝起來形成某商用車整車系統的虛擬動力學模型，在adams/car中制定材料和密度，就可以計算出質心位置和轉動慣量，然后就可定義各部件之間的拓撲關系，以及建立輸入輸出信號器，為商用車行駛平順性仿真研究工作打下了基礎。有了各子系統就可以建立總成，本文根據需要建立重卡模型（如圖 7）［4］［5］，為重卡行駛平順性仿真研究工作打下了基礎。

仿真根據國標GB5902-86《汽車平順性脈沖輸入行駛試驗方法》建立典型路面。典型路面平順性以三角形凸塊作為脈沖輸入，三角形凸塊的大小按GB5902-86《汽車平順性脈沖輸入行駛試驗方法》定義，其底邊長400mm，高120mm。高端重卡汽車載荷均勻分布，在滿載條件下以10~60 km/h的速度通過三角形凸塊。在車廂底板中心仿真分析得到相應位置的最大垂直加速度。高端重卡汽車駛過單凸塊的平順性，用最大（絕對值）加速度響應與車速的關系曲線即車速特征來評價［6］［7］。整車裝配模型建立以后，對整車進行脈沖平順性仿真。仿真通過Adams/Car中的 File Driven Events（圖 8）進行，需要定義DCF文件以及RDF路面文件。［6］DCF文件用于控制整車以某一恒定速度直線行駛，RDF路面文件定義路面中有長400mm、高120mm的三角形凸塊。

重卡汽車駛過單凸塊的平順性，用最大的（絕對值）加速度響應Z¨max與車速v的關系曲線即車速特性Z¨max-v評價。圖9為質心Z向加速度值與車速關系曲線。試驗車在質心處Z¨max的整體趨勢是車速越高，值越小。根據駕駛員的主觀評價，車速越高，振動越小。

脈沖路面下高端重卡汽車行駛平順性評價指標采用的是最大振動加速度和車速特性曲線，即a vmax特性曲線。從圖10反映了同一個規律：并不是高端重卡汽車行駛速度越高其振動加速度就越大，而是到達某一值后反而隨速度的增加而減小，由圖中的數據可見，幾種車速下高端重卡汽車駛過三角形凸塊時，各測量點的最大加速度響應振幅都不大。因此，該車在此脈沖輸入下對駕駛員的健康沒有任何危害。

1.3 空氣彈簧對高端重卡平順性仿真與實驗對比

將脈沖路面行駛平順性仿真結果與實驗數據進行了比較，其存在的誤差原因有以下幾點：最重要的一點就是模型的振源，在本模型中沒有考慮發動機間歇做功的振動，也沒有考慮動力系統扭振振動等；另外，實際實驗中空氣彈簧高度閥在車輛行駛過程中對空氣彈簧的壓力產生影響，本文中的空氣彈簧模型并未對這一點進行考慮。未能得到橡膠襯套、橡膠塊的性能曲線，建模中采用估算值。實車裝配位置與模型硬點位置存在誤差。試驗中溫度、風速等條件的影響都對仿真結果產生一定的影響。試驗曲線較仿真曲線有些滯后，其原因為試驗過程中地面信號傳至傳感器的時間差造成，但曲線整體上還是比較吻合的，可以看出仿真的可信度是可以的。此仿真手段可以有效的運用于其他高端重卡平順性試驗中，有效的指導實際試驗，降低試驗成本和避免試驗數據因試驗條件或人為原因造成大的偏差。

2 小結

本文采用華菱H08空氣彈簧（滿載）懸架牽引車底盤，根據國標GB5902-86《汽車平順性脈沖輸入行駛試驗方法》和GB5902-86《汽車平順性脈沖輸入行駛試驗方法》定義，在定遠試驗場進行了整車平順性試驗并對試驗數據進行分析，在平順性試驗的基礎上，結合多體動力學理論利用ADAMS軟件建立整車動力學模型，對20~60km/h時速下對整車平順性進行仿真，針對仿真結果與試驗結果進行對比，分析兩結果存在一定誤差的原因，確定曲線整體上還是比較吻合的，仿真結果具有很好的可信度。因此，如果進行其他車型的平順性試驗前可以有效的采用仿真手段進行預測和指導實際試驗過程，避免由于試驗條件的限制造成整車平順性試驗數據的不充分或大的偏差。

［1］孫建成.車輛行駛平順性的預測及研究［J］.汽車研究與開發，1998（1）.

［2］王秉剛.我國汽車平順性試驗研究工作概況及展望［J］.汽車工程，1989（6）.

［3］雅·姆·別符茲聶爾.于長林譯.汽車振動的試驗與研究［M］.機械工業出版社，1982.

［4］劉延柱，洪嘉振，楊海興著.多剛體系統動力學［M］.北京:高等教育出版社，1989.

［5］孫萬軍，毛范海，萬祖基.應用虛擬產品開發技術進行產品開發［J］.計算機輔助設計與制造，1999，（12）:15-17.

［6］魏孝斌，冷晟，王寧生.基于虛擬環境下的產品開發技術研究［J］.機械設計與制造，2002，3（6）:114-116.