中型卡車的行駛平順性評價研究

摘要：中型卡車在現(xiàn)代物流運輸中發(fā)揮著重要作用，其行駛平順性是影響運輸效率、駕駛員舒適度以及貨物安全的關鍵因素。因此，對中型卡車的行駛平順性進行評價研究具有重要的現(xiàn)實意義。通過對中型卡車行駛平順性的評價研究，提出優(yōu)化座椅設計、提高駕駛員素質、加強懸掛系統(tǒng)維護力度等改進措施。通過對中型卡車行駛平順性的評價研究，構建評價指標體系并提出了改進措施，提高中型卡車的行駛平順性，從而提高物流運輸效率、降低駕駛員的疲勞程度、保障貨物的安全。

關鍵詞：中型卡車；行駛過程；行駛穩(wěn)定性

中圖分類號：U461" 收稿日期：2024-01-08

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.03.021

1 前言

隨著現(xiàn)代物流業(yè)的迅猛發(fā)展，中型卡車作為重要的運輸工具，在各類貨物運輸中發(fā)揮著不可替代的作用。然而，在追求運輸效率的同時，車輛的行駛平順性也日益受到人們的關注。行駛平順性，作為評價車輛行駛性能的核心指標，不僅關系到乘坐者的舒適感受，更對貨物運輸?shù)陌踩Ⅰ{駛員的身心健康、車輛零部件的疲勞壽命以及燃油經(jīng)濟性產生深遠影響。開展中型卡車行駛平順性評價研究有助于提升車輛的綜合性能，提高運輸效率，還能為駕駛員提供更加舒適的工作環(huán)境，保障貨物運輸?shù)陌踩晚槙常龠M現(xiàn)代物流業(yè)的健康發(fā)展，提升我國汽車工業(yè)的競爭力[1]。

2 行駛平順性評價指標體系構建

2.1 駕駛員舒適度

汽車平順性是評價車輛行駛品質的重要指標，直接關系到乘員的舒適感受，要求在行駛過程中，車輛能夠有效地吸收和減緩路面不平、車輛動力系統(tǒng)等引起的振動和沖擊，保證乘員不會因此感到不適或疲勞。對于中型卡車而言，平順性還關乎貨物的完整性和安全性，因為過度的振動和沖擊導致貨物損壞或移位。因此，提高汽車平順性不僅是提升乘客舒適度的需要，也是確保貨物運輸安全和效率的關鍵[2]。圖1為路面一汽車一人系統(tǒng)框圖。

國際標準化組織ISO針對性地提出ISO 2631《人體承受全身振動的評價指南》，此標準采用加速度的均方根值得到在中心頻率1～80 Hz振動頻率范圍內人體對振動反應的三種不同感覺界限，分別為舒適-降低界限TDC、疲勞-工效降低界限TFD和暴露極限。將“疲勞-工效降低界限”以及通過頻譜分析處理設備或計算得到的1/3倍頻帶加速度均方值在相同頻譜上繪制出來，而后對所有頻帶上的加速度均方差是否在界限值之下作出檢查，1/3倍頻上限頻率和下限頻率之間的比值如下：

把車身振動的加速度均方根值或傳送到座椅加速度均方根值作為平順性評價的指標，利用總加權值將全部振動能量的大小值作出反饋，且振動加速度均值為0。當所有1/3倍頻加速度加權方根值分量[σpwi]相等，1/3倍頻帶分別評價指標以及總加速度加權方根值[σ]之間的關系如下：

2.2 貨物安全性

為了構建中型卡車行駛貨物安全性的模型，需收集負載重量、車速、駕駛員經(jīng)驗等相關數(shù)據(jù)，初步分析數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計方法、相關系數(shù)分析以及特征重要性評估技術篩選出與貨物安全性最為密切相關的特征。基于所選擇的特征，構建適用于預測貨物安全性的數(shù)據(jù)分析模型。以線性回歸模型為例，將負載重量、車速和駕駛員經(jīng)驗作為自變量，安全性作為因變量，建立如下函數(shù)關系式：

在上述模型中，β0、β1、β2和β3是需要通過訓練數(shù)據(jù)進行估計的模型系數(shù)。

為了有效地訓練和評估模型，將收集到的數(shù)據(jù)分為訓練集和測試集兩部分。訓練集用于模型的訓練過程，通過擬合數(shù)據(jù)估計模型系數(shù)，而測試集則用于評估模型的性能，如計算均方誤差、決定系數(shù)等指標，判斷模型的預測準確性及其對數(shù)據(jù)的擬合程度。

2.3 行駛穩(wěn)定性

離心力對中型卡車穩(wěn)定性有最為直接的影響，導致卡車向外側傾覆或滑動。為了將離心力的作用予以抵消或者減少，保證車輛在圓曲線上穩(wěn)定行駛，以實際需求設定超高。圖2為中型卡車受力分析圖。

將豎向和橫向合力分解，并與路面豎向力Y垂直和橫向力X平行，其關系表達式如下：

[X=macosα?Gsinα ]""""""""" """"""""""""""""""（4）

[Y=masinα+Gcosα ]""""""""""""""""""""""""""" （5）

因為路面的超高普遍較小，那么[sinα≈tanα=ih]，[cosα≈1]，結合下式進行分析：

在式（6）和式（7）中，[α]為中型卡車側向加速度預測結果；v為中型卡車行駛速度；[Rs]為轉向半徑；[ih]為超高；g為重力加速度。

卡車在設有超高的圓曲線上行駛，因為受到橫向力影響，導致卡車出現(xiàn)外橫向傾覆，為了保證車輛穩(wěn)定運行，需滿足下式：

式中，[?g]為卡車的重心高度；b為車輛的輪距。

卡車保持穩(wěn)定的轉向半徑如下：

按照《標準》中極限最小半徑所對應的取值，設計速度對應的極限最小轉向半徑如表1所示。

輪胎跳動是一個常見現(xiàn)象，使車輛產生不穩(wěn)定的振動，這種振動經(jīng)過車架傳遞給方向盤，使駕駛員難以穩(wěn)定控制車輛。長期如此，影響駕駛的舒適性，還導致車輛零部件的過早磨損。平順性差還引發(fā)車輛轉向跑偏或轉向失控的情況，這是道路安全的極大隱患。在高速行駛時，方向盤突然產生強烈振動或車輛不自覺地偏向一側，駕駛員需要花費更多的精力和時間來糾正，增加了事故風險。因此，保持車輛良好的平順性不僅關乎駕駛的舒適性，更是確保行車安全的關鍵［3］。駕駛員應定期檢查和保養(yǎng)車輛，保證懸掛系統(tǒng)、輪胎等關鍵部件處于良好狀態(tài)，從而保障行駛的穩(wěn)定性和安全性。

3 評價指標的應用

3.1 座椅舒適度

座椅舒適度是評價汽車行駛平順性的重要指標之一，尤其對于中型卡車等商用車輛而言，其對于駕駛員的長時間駕駛體驗和乘客的乘坐感受至關重要。國際標準化組織ISO提出的ISO 2631標準，為人體承受全身振動的評價提供了科學依據(jù)，其中加速度的均方根值作為平順性評價的關鍵指標，對于座椅舒適度的評估具有指導意義。

根據(jù)ISO 2631標準，人體對振動的反應分為舒適-降低界限、疲勞-工效降低界限和暴露極限三種不同感覺界限，界限的設定有助于了解在不同振動頻率下，人體感受到的舒適度變化。特別是“疲勞-工效降低界限”，關系到駕駛員在長時間駕駛過程中的疲勞累積和工作效率下降問題。通過頻譜分析處理設備或計算得到的倍頻帶加速度均方值，繪制出與界限值相對應的圖譜，進而檢查座椅在各頻帶上的振動是否在可接受范圍內。

座椅的設計應考慮到吸收和減緩來自車輛本身和路面不平產生的振動。理想的座椅應具備良好的支撐性，能夠均勻分布乘員的身體重量，減少局部壓力。同時，座椅的材質和填充物也影響著振動的傳遞和吸收效果。柔軟的填充物可以提供更好的緩沖，減少振動的傳遞，而過軟的座椅則可能導致乘員在振動下產生不穩(wěn)定的感覺。此外，座椅的形狀和包裹性也是評價舒適度的重要因素，符合人體工學設計的座椅能夠貼合乘員的身體曲線，提供良好的支撐和穩(wěn)定性，減少長時間駕駛時的疲勞感[4]。同時，座椅的通風性和溫度調節(jié)功能也有助于提高舒適度，防止在炎熱或寒冷環(huán)境下產生不適。

3.2 貨物損壞率

為了全面評估中型卡車行駛過程中的貨物安全性，除了考慮行駛過程中的振動和沖擊對駕駛員和乘客舒適度的影響外，還需要深入分析貨物損壞率這一重要指標。貨物損壞率直接關系到運輸成本、客戶滿意度以及公司的聲譽，因此對其進行精確預測和控制至關重要。模型的訓練和評估過程對于確保模型的準確性和可靠性至關重要。通過將收集到的數(shù)據(jù)分為訓練集和測試集，有效地進行模型的訓練和性能評估。訓練集用于擬合數(shù)據(jù)并估計模型系數(shù)，而測試集則用于驗證模型的預測準確性。通過計算均方誤差、決定系數(shù)等指標，判斷模型對數(shù)據(jù)的擬合程度以及預測的準確性。

在實際應用中，模型為運輸公司提供有價值的洞察。例如分析模型輸出的貨物損壞率預測值，運輸公司識別出潛在的高風險運輸條件，如過高的車速、過重的負載或缺乏經(jīng)驗的駕駛員。基于預測結果，公司采取相應的措施來降低貨物損壞率，如優(yōu)化裝載方案、采用少片簧或空氣懸架改善振動、提供駕駛員培訓或調整運輸路線等。表2、圖3所示為多片簧與少片簧平順性對比情況。

3.3 行駛穩(wěn)定性

行駛穩(wěn)定性是評價中型卡車性能的重要指標之一，尤其在曲線行駛過程中，穩(wěn)定性問題顯得尤為突出。離心力作為影響中型卡車穩(wěn)定性的關鍵因素，對車輛的安全行駛具有重要作用。在曲線行駛過程中，中型卡車受到離心力的作用，導致車輛向外側傾覆或滑動，為了保證車輛在圓曲線上穩(wěn)定行駛，需要采取措施抵消或減少離心力的作用，其中，設定超高是一種常用的方法。通過設定適當?shù)某撸梢云胶廛囕v受到的離心力，使車輛能夠穩(wěn)定地通過圓曲線。

根據(jù)中型卡車的受力分析圖和相關公式，看出離心力、行駛速度、轉向半徑、超高以及重力加速度等因素對中型卡車穩(wěn)定性的影響，其中側向加速度預測結果和行駛速度是決定離心力大小的關鍵因素，為了保證中型卡車的穩(wěn)定性，需要控制側向加速度和行駛速度在合理的范圍內[5]。

此外，卡車的重心高度和輪距也對穩(wěn)定性產生影響。重心高度越低，車輛越穩(wěn)定；輪距越寬，車輛也越穩(wěn)定。因此，在設計和選擇中型卡車時，應盡可能降低重心高度并增加輪距，以提高車輛的穩(wěn)定性。通過分析表1，可發(fā)現(xiàn)設計速度與極限最小轉向半徑之間存在正相關關系，隨著設計速度的增加，極限最小轉向半徑也逐漸增大，表示在高速行駛時，需要更大的轉向半徑來保證中型卡車的穩(wěn)定性。

4 結語

隨著物流行業(yè)的蓬勃發(fā)展，中型卡車作為重要的運輸工具，其行駛平順性越來越受到關注。行駛平順性關系到駕駛員的舒適度和工作效率，直接影響到貨物的完好性和運輸效率。因此，對中型卡車的行駛平順性進行深入評價研究具有重要意義。本文通過分析中型卡車懸架系統(tǒng)、輪胎、駕駛室懸置等關鍵因素對行駛平順性的影響，提出了針對性的優(yōu)化措施，顯著提高中型卡車的行駛穩(wěn)定性、乘坐舒適性和貨物安全性，滿足日益增長的運輸需求和市場競爭要求。

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作者簡介：

劉桂峰，男，1987年生，工程師，研究方向為商用車整車設計、整車性能控制提升等。