某重型卡車的駕駛室懸置結構優化和應用

伏建博

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某重型卡車的駕駛室懸置結構優化和應用

伏建博

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

針對一款重型卡車全浮式駕駛室懸置存在的問題，通過ADAMS建立駕駛室懸置系統的多體動力學模型進行分析優化，以及通過輕量化設計，配置空氣彈簧，提升駕駛室的乘坐舒適性。

駕駛室懸置；結構優化；輕量化；ADAMS

Abstract:The problems existing in the Full floating suspension of heavy truck cab, Cab suspension system was established through Adams multi-body dynamics model for optimization analysis, And through the lightweight design, Configuration of air spring, Improve cab ride comfort.

Keywords: cab suspension; structure optimization; light weight; ADAMS

CLC NO.: U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-31-03

前言

全浮式懸置系統通過適當增大駕駛室在車輛垂直方向上的運動行程，使懸置彈簧和減振器得以充分緩沖并衰減車架上端的振動。目前國外如奔馳、斯科尼亞、曼公司等60%以上中重型貨車均采用駕駛室全浮式懸置，近幾年國內駕駛室全浮式懸置在中重卡貨車上的使用也逐漸增多，全浮式懸置已經成為中重型貨車的產品特性之一，并逐漸取代橡膠懸置成為商用車的標準配置。某公司重型卡車同樣使用的是全浮式駕駛室懸置結構（如圖1），但存在以下幾個問題：

1）前懸的整體強度較弱，局部強度不滿足駕駛室正碰的法規要求；

2）平臺老化，整體減振效果差；

3）升級為全浮式四氣囊懸置困難，懸置運動行程小、無法很好的吸收路面的不平激勵。

圖1 原全浮式懸置結構簡圖

此次重型卡車駕駛室懸置結構優化和應用以牽引車平臺車型為研究對象，通過對駕駛室懸置系統進行理論分析和計算，結合虛擬樣機技術（adamas動力學模型）進行深入的研究，從而提高駕駛室全浮式懸置系統的隔振性能，升級懸置配置，進一步提升車輛的性能和品位。

首先對原懸置導致舒適性差的原因和結構強度局部薄弱處以及升級為全浮式四氣囊懸置的困難點進行統計分析，根據駕駛室地板、車架縱梁和周邊部件的布置特點，結合國內重卡全浮式四氣囊懸置的主流結構，選定一款適應原牽引車平臺車型布置特點的懸置。功能部件和減振部件盡量借用現有的成熟部件，結構部件根據車型安裝結構特點做正向設計，基于虛擬樣機技術（adamas動力學模型）來保證懸置系統的結構強度和整體性能。根據的產品開發流程，完成數據凍結、樣件開模、裝車驗證、零部件臺架試驗和懸置系統的舒適性調校，完成基于整車的道路的耐久可靠性試驗，最終進行固化量產。

1 結構優化和應用技術方案

對原牽引車平臺駕駛室底部及底盤的布置空間結構搭接特點進行研究，對全浮式四氣囊懸置結構進行可行性分析；

收集駕駛室總成的動力學參數（質量、質心、轉動慣量）、駕駛室允許的上下跳動距離、駕駛室翻轉角度等；

根據駕駛室、力學原件和橫向穩定桿的動力學參數建立懸置系統的多體動力學模型；

對駕駛室懸置系統進行垂直±3.5g,側傾1g,俯仰1g三種極限工況的分析和駕駛室翻轉功能的校核和運動干涉分析及懸置系統固有頻率計算；

根據動力學模型提取的部件受力邊界進行 CAE有限元強度分析，指導部件結構的輕量化；

數據凍結，試制裝車，完成四點懸置浮懸置系統的物理搭載；

從系統的臺架耐久性試驗和車輛道路可靠性試驗兩個維度對懸置系統的可靠性進行驗證；

車輛通過在試驗場現場確定減振部件的力學參數，為車輛提供最佳的阻尼減振方案；

生產線過線驗證，圖紙凍結下發量產。

2 優化結構產品及技術應用優勢

①完成全浮式四氣囊式懸置全新平臺的搭建

根據此車型的結構特點完成了一款適用于此車型的全浮式懸置結構平臺產品的搭建（圖2），可擴展性強，可應用于其他產品上。

圖2 新全浮式懸置結構簡圖

②摸索出了一套懸置系統正向設計的參數表（表一），為后續車型的開發提供借鑒。

表1 駕駛室懸置設計輸入參數列表（例）

③結構部件的輕量化設計,效果顯著：

基于CAE的強度分析，對結構部件進行輕量化設計，通過優化設計，單套系統實現減重7.6kg（表二），效果顯著。

表2 結構部件減重優化對照表

④基于虛擬樣機技術的系統正向設計：

通過在在 adamas虛擬樣機中建立駕駛室懸置系統的動力學模型（圖3），對懸置系統各個極限工況下的強度進行分析，為機構部件的正向結構設計提供依據。

圖3 駕駛室懸置系統動力學模型

同時對懸置系統的側傾（圖4）和俯仰（圖5）性能進行仿真，為力學元件的參數設定提供系統平臺。

圖4 駕駛室俯仰性能仿真

圖5 駕駛室側傾性能仿真

⑤擴口式內隨動舉升缸在全浮式懸置上的應用：

首次在全浮式懸置系統中匹配擴口式內隨動舉升缸（圖6）。為后期實現駕駛室大角度翻轉提供儲備，擴口式內隨動舉升缸相比于雙油管內隨動舉升缸技術更加成熟，是目前國內重卡的主流結構。

圖6 擴口式內隨動舉升結構

⑥首次對駕駛室的翻轉軌跡進行系統分析：

通過駕駛室懸置系統的adamas動力學舉升模型（圖7），對駕駛室和懸置系統翻轉過程中的軌跡進行分析（圖 8），避免翻轉過程中和周邊部件干涉，降低開發風險，縮短開發周期。

圖7 駕駛室懸置系統舉升工況仿真

圖8 駕駛室質心隨翻轉角度的變化關系曲線

⑦乘坐舒適性的大幅提升

通過對全浮式四氣囊駕駛室懸置系統的開發和調校匹配，通過氣囊較低的固有頻率和減振阻尼的現場匹配大大提升了駕駛室的乘坐舒適性。

3 國內外同類技術的綜合比較

此駕駛室懸置結構優化與應用是基于客戶需求，對現有產品進行技術升級，運用正向開發流程開發而成，開發過程使用虛擬樣機技術來降低開發風險，縮短開發周期，同時對整車進行舒適性調校，尋找最優的阻尼減振方案，其研究成果在國內已經處于行業先進水平。

結構優化產品的批量成功應用對某公司重型卡車具有重大意義：

①改善駕駛室的乘坐舒適性，降低懸置點的動載荷，提高駕駛室的結構疲勞性壽命；

②改善駕駛室懸置系統局部結構薄弱處，提高駕駛室碰撞安全性。

以奔馳和斯科尼亞為代表的商用車一直非常重視駕駛室駕駛室懸置系統的舒適性，其代表當今最先進的水平，成為同行業的標桿。

福田、重汽、陜汽、一汽等重卡駕駛室都采用全浮式四氣囊駕駛室懸置結構，通過對競品全浮式全氣囊懸置結構車型對比，主觀舒適性評價相當，部分路況要優于競品車型。此次全浮式四氣囊駕駛室懸置結構結構性能處于行業先進水平。

4 實施效果

通過前期的仿真計算保證懸置系統的強度和性能達標，進行產品數據的凍結，生產出符合設計要求的懸置系統，進行整車搭載，對懸置系統在各個速度段下的隔振性能進行測試，用加速度傳感器測得懸置被動端的加速度，如表三所示。

表3 全浮式四氣囊懸置系統主被動端加速度

5 結束語

通過對全浮式懸置系統的全新設計和優化匹配，使駕駛室懸置系統的隔振水平明顯提升，降低懸置點的動載荷，提高駕駛室的疲勞壽命，同時解決了老平臺前懸置局部強度不足的問題，提高了駕駛室的碰撞安全性。目前此款全浮式氣氣囊懸置系統已應用于公司某款量產牽引車上。

A heavy truck cab suspension structure optimization and the application

Fu Jianbo
( Anhui Jianghuai automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

U463.8 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)18-31-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.012

伏建博，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。