重型商用車駕駛室懸置結(jié)構(gòu)對平順性影響的試驗(yàn)研究

徐陽 劉宗晟 曹源 李志豪

摘? 要：以某重型商用車駕駛室懸置系統(tǒng)為例，通過實(shí)車道路試驗(yàn)，研究了四彈簧，四氣囊懸置減振系統(tǒng)的振動特性在A級路面和B級路面對車輛行駛平順性的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明，四氣囊駕駛室懸置系統(tǒng)的平順性整體優(yōu)于四彈簧駕駛室懸置結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：商用車;駕駛室懸置;平順性

中圖分類號：U467.1? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1005-2550（2020）01-0062-06

Experimental study on Ride Comfort of commercial vehicle cab with suspension structure

XU Yang， LIU Zong-sheng， CAO Yuan， LI Zhi-hao

（Dongfeng Commercial Vehicle Co.， Ltd. Technology Center，Wuhan 430063，China）

Abstract： Taking the cab mounting system of a heavy commercial vehicle as an example， the four-spring is studied through road test Influence of vibration characteristics of four-airbag suspension system on vehicle ride comfort on Class A and class B pavements. The test results show that the ride comfort of the four-balloon cab mounting system is better than that of the four-spring and shock absorber cab mounting system.

Key Words： Commercial Vehicle;Cab suspension;Ride Comfort

1? ? 引言

平順性是商用車的重要性能指標(biāo)，不僅對商用車經(jīng)濟(jì)性、動力性有一定影響，而且對駕乘人員的舒適性有直接影響。其中商用車駕駛室懸置減振結(jié)構(gòu)對平順性有直接影響。傳統(tǒng)的商用車駕駛室懸置系統(tǒng)一般采用4點(diǎn)彈簧+減振器系統(tǒng)，這種駕駛室懸置減振結(jié)構(gòu)導(dǎo)致偏頻較高[1]，車輛行駛過程中的平順性和安全性很難保證。長期以來，歐洲商用車駕駛室長期使用采用4點(diǎn)空氣彈簧懸置系統(tǒng)，這種懸置結(jié)構(gòu)布置方式對駕乘人員的舒適性有顯著提升。

本文以某重型商用車駕駛室懸置系統(tǒng)為研究對象，通過實(shí)車道路試驗(yàn)，研究2種駕駛室懸置結(jié)構(gòu)減振系統(tǒng)對該車輛平順性的影響規(guī)律，為提升該車輛整車平順性性能提供一定的依據(jù)。

2? ? ?駕駛室懸置系統(tǒng)

2.1? ?駕駛室懸置的種類

駕駛室懸置是支撐駕駛室并提升整車舒適性的系統(tǒng)裝置。目前商用車駕駛室懸置一般按照其支撐駕駛室的方式分為二類：半浮式和全浮式[2]。

半浮式駕駛室懸置方式為前懸置采用橡膠固定支撐，后懸置采用彈簧作為減振元件。全浮式懸置方式為前懸置包括彈簧+減振器（或減振器內(nèi)置的空氣彈簧）、后懸置包括彈簧+減振器（或減振器內(nèi)置的空氣彈簧）等。

對于全浮式的駕駛室懸置系統(tǒng)，國內(nèi)外商用車生產(chǎn)企業(yè)廣泛采用的組合方式有以下三種：

1）前后懸置均為筒式彈簧減振器;

2）前懸置采用彈簧，后懸置采用減振器內(nèi)置的空氣彈簧;

3）前后懸置均采用減振器內(nèi)置的空氣彈簧。

本測試車輛的駕駛室懸置采用2種不同結(jié)構(gòu)的減振系統(tǒng)，即前后懸置均為彈簧減振系統(tǒng)、前后懸置均采用減振器內(nèi)置的四氣囊減振系統(tǒng)。為保證試驗(yàn)車輛條件一致性，將這2種不同結(jié)構(gòu)的駕駛室懸置系統(tǒng)分別安裝在同一車輛進(jìn)行道路測試。

2.2? ?模型驗(yàn)證及優(yōu)化

該車型原駕駛室懸置結(jié)構(gòu)為四彈簧結(jié)構(gòu)，為驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性，選取普通路面60km/h腳步Z向仿真與試驗(yàn)自功率譜密度函數(shù)曲線來進(jìn)行驗(yàn)證。

由圖2可發(fā)現(xiàn)，普通路面60km/h腳步Z向仿真與試驗(yàn)曲線趨勢基本一致，該模型精度滿足要求。

為滿足用戶舒適度需求，將駕駛室懸置結(jié)構(gòu)更改四氣囊駕駛室懸置結(jié)構(gòu)，提出4種優(yōu)化方案建立Adams仿真模型并對比分析每種方案的優(yōu)化效果。

根據(jù)仿真優(yōu)化結(jié)果和主觀評價(jià)效果，最終選擇方案1作為最終的四氣囊駕駛室懸置結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

3? ? 平順性試驗(yàn)

3.1? ?試驗(yàn)?zāi)康暮头桨?/p>

商用車是一個(gè)復(fù)雜的振動系統(tǒng)，平順性的振源主要來自路面[3]。

平順性評價(jià)指標(biāo)主要為加權(quán)加速度均方根值av。加權(quán)加速度均方根值是按其振動方向和人體對振動頻率的敏感程度進(jìn)行加權(quán)計(jì)算得到的。其中av與人的主觀感覺間的關(guān)系見表3：

為研究不同結(jié)構(gòu)駕駛室懸置對平順性的影響規(guī)律，測取了駕駛員座椅處的垂直、縱向、橫向和座椅靠背垂向、縱向及及腳部地板上的垂向的加速度時(shí)間歷程，其中采樣頻率為200Hz，試驗(yàn)路面為普通公路和高速路面，車輛負(fù)載共計(jì)12t，普通公路車速為30～70km/h，高速路面為50～85km/h，每隔5km/h進(jìn)行采樣。

3.2? ?試驗(yàn)結(jié)果分析

本試驗(yàn)采用加權(quán)加速度均方根值評價(jià)法[4]來評價(jià)振動對駕乘人員舒適度的影響。試驗(yàn)車輛先后配置前后懸置為四彈簧減振系統(tǒng)、前后懸置為四空氣氣囊減振系統(tǒng)，分別在駕駛員座椅和座椅靠背及腳步處布置傳感器，運(yùn)用數(shù)采記錄加速度響應(yīng)的時(shí)間歷程，獲得該車輛在不同路面和不同車速上行駛時(shí)，測點(diǎn)的加速度響應(yīng)（絕對值）。

3.2.1 不同懸置系統(tǒng)在普通公路對比結(jié)果

測試車輛分別在普通公路（等同B級路面）上以不同車速行駛時(shí)測得的加速度響應(yīng)。其中表4為車輛配置為前后四彈簧的試驗(yàn)車輛駕駛室測點(diǎn)的加權(quán)加速度均方根值，表5為車輛配置為前后四空氣氣囊駕駛室測點(diǎn)的加權(quán)加速度均方根值。

為便于比較，選取駕駛員總乘坐值作為平順性評價(jià)指標(biāo)。圖1為普通公路（等同B級路面）駕駛室懸置四氣囊與四彈簧駕駛員總乘坐值比較。

由圖2可知，在普通公路30-40km/h時(shí)，四彈簧駕駛室懸置結(jié)構(gòu)優(yōu)于四氣囊懸置結(jié)構(gòu)，在普通公路55-70km/h時(shí)，四氣囊駕駛室懸置結(jié)構(gòu)優(yōu)于四彈簧懸置結(jié)構(gòu)。

3.2.2 不同懸置系統(tǒng)在高速路面對比結(jié)果

測試車輛分別在高速路面（等同A級路面）上以不同車速行駛時(shí)測得的加速度響應(yīng)。其中表4為車輛配置為前后四彈簧的試驗(yàn)車輛駕駛室測點(diǎn)的加權(quán)加速度均方根值，表6為車輛配置為前后四空氣氣囊減振器駕駛室測點(diǎn)的加權(quán)加速度均方根值。

為便于比較，選取駕駛員總乘坐值作為平順性評價(jià)指標(biāo)。圖2為高速路面（等同A級路面）駕駛室懸置四氣囊與四彈簧駕駛員總乘坐值比較。

由圖3可知，在高速路面時(shí)，在50-85km/h四氣囊駕駛室懸置結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)于四彈簧懸置結(jié)構(gòu)。

3.2.3 不同車速下振動響應(yīng)對比

為研究駕駛室不同結(jié)構(gòu)懸置系統(tǒng)對車輛的加權(quán)加速度振動響應(yīng)。通過實(shí)車試驗(yàn)測得在普通公路（B級路面）和高速路面（A級路面）上行駛時(shí)的加速度響應(yīng)值。根據(jù)文獻(xiàn)[5]可知，駕駛室腳步Z方向的振動響應(yīng)較大反映汽車行駛的平順性，故主要對比研究該車輛在腳步Z方向上的加速度振動響應(yīng)。

限于文章篇幅，本文只給出在普通公路（B級路面）上55km/h，60km/h，65km/h和在高速路面（A級路面）上以70km/h，75km/h行駛時(shí)，2種不同駕駛室懸置結(jié)構(gòu)車輛在Z方向的自功率譜密度函數(shù)變化曲線。

從圖4-圖8可看出：在普通公路55km/h，60km/h，65km/h上四氣囊駕駛室懸置結(jié)構(gòu)在低頻1-2Hz時(shí)腳步Z向自功率譜密度函數(shù)較優(yōu)于四彈簧駕駛室懸置結(jié)構(gòu)。在高速路面70km/h，75km/h上四氣囊駕駛室懸置結(jié)構(gòu)在低頻1-2Hz時(shí)腳步Z向自功率譜密度函數(shù)較優(yōu)于四彈簧駕駛室懸置結(jié)構(gòu).

4? ? 結(jié)論

本文通過對某商用車駕駛室采用不同結(jié)構(gòu)懸置減振系統(tǒng)對車輛平順性影響進(jìn)行對比試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：

（1）在普通公路（B級路面）上，30-40km/h時(shí)，四彈簧駕駛室懸置結(jié)構(gòu)優(yōu)于四氣囊懸置結(jié)構(gòu)，在55-70km/h時(shí)，四氣囊駕駛室懸置結(jié)構(gòu)優(yōu)于四彈簧懸置結(jié)構(gòu)。

（2）在高速路面（A級路面）上，在50-85km/h四氣囊駕駛室懸置結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)于四彈簧懸置結(jié)構(gòu)。

（3）懸置結(jié)構(gòu)形式對該車輛平順性有較大影響，在不改變其它參數(shù)條件下，駕駛室四空氣氣囊懸置結(jié)構(gòu)能有效提升平順性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王磊. 重型牽引車駕駛室空氣懸置仿真與優(yōu)化研究[D]. 合肥工業(yè)大學(xué)，2010.

[2]王偉. 商用車駕駛室懸置試驗(yàn)與計(jì)算研究[D]. 華南理工大學(xué)，2013.

[3]吳繼輝，夏均忠，王靜，等. 駕駛室懸置結(jié)構(gòu)對載貨汽車平順性的影響[J]. 軍事交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，18（01）：39-42.

[4]龐輝，李紅艷，方宗德，等. 駕駛室懸置系統(tǒng)對重型車輛平順性影響的試驗(yàn)研究[J]. 汽車技術(shù)，2010（11）：52-56.

[5]Sakai T， Yoshihiko. The Optimum Designing of Riding Comfort by Application of Taguchi Methods. SAE paper 912-673.