驾驶室悬置结构对载货汽车平顺性的影响

吴继辉，夏均忠，王　静，王增强，赵　磊

(1.军事交通学院 研究生管理大队，天津 300161；2.陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，西安710200；3.军事交通学院 军用车辆系，天津 300161)



● 车辆工程Vehicle Engineering

驾驶室悬置结构对载货汽车平顺性的影响

吴继辉1,2，夏均忠3，王静2，王增强2，赵磊1

(1.军事交通学院 研究生管理大队，天津 300161；2.陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，西安710200；3.军事交通学院 军用车辆系，天津 300161)

为了提高重型载货汽车的平顺性，对其驾驶室悬置结构进行优化设计。选取具有不同驾驶室悬置结构形式的重型载货汽车为研究对象，进行整车随机输入平顺性试验及悬置隔振率试验，采用总加权加速度均方根值及振动传递率评价驾驶室悬置的优劣。试验研究表明：在不改变其他参数情况下，改变驾驶室悬置结构能有效提高其平顺性；在结构空间允许的条件下，增加横向减振器是提高车辆平顺性最有效的方法。

载货汽车；驾驶室悬置；平顺性；传递率

驾驶室悬置是连接驾驶室与车架、支撑驾驶室并衰减振动的橡胶件。悬置结构形式及参数、布置方式、角度均对载货汽车平顺性产生影响。按照驾驶室悬置结构形式分为全浮式和半浮式；按照悬置结构所采用的弹性元件不同分为螺旋弹簧、空气弹簧驾驶室悬置，液压式、橡胶垫式驾驶室悬置[1]。

陈静等[2]通过虚拟样机建模，对空气悬置参数进行了优化分析；赵永玲等[3]建立了多体动力学模型，以驾驶室质心处垂直方向的加速度功率谱密度曲线的峰值最小为优化目标，以驾驶室悬置的刚度、阻尼为变量，对驾驶室悬置系统参数进行了优化；刘鹏等[4]建立了驾驶室的双层隔振系统数学模型，设计了该系统的刚度和阻尼；唐天柱等[5]针对驾驶室悬置系统的非线性阻尼特性，将对阻尼参数的优化转化为对力模块变量的优化，解决了车辆驾驶室异常抖动问题；谢柯等[6]采用遗传算法对驾驶室悬置刚度、阻尼及位置参数进行多目标优化匹配，提升了商用车乘坐舒适性。上述研究侧重于驾驶室悬置系统参数优化，提升汽车平顺性，但对于悬置系统结构对整车平顺性影响的研究较少，为此，本文对此展开研究。

1　悬置隔振特性评价

1.1总加权加速度均方根值

表v与人的主观感觉间的关系

1.2传递率

传递率用来评价驾驶室悬置的隔振性能，其为输出端振动大小与输入端振动大小的比值[7]。将驾驶室简化成质量块，悬置简化为弹簧—阻尼系统，车架处振动为激励，驾驶室悬置安装点振动为输出，对输入、输出信号进行多量抽样，使用RMS(均方根)值表示信号能量。驾驶室悬置系统传递率可以表示为

(1)

式中：Hrms为传递函数有效值；Xrms为响应信号的有效值；Yrms为输入力的有效值；k为分析范围内的抽样个数；Ai为分析范围内第i根谱线的幅值；A0为抽样开始谱线的幅值；Ak为抽样末尾谱线的幅值。

2　试验研究

2.1试验车辆

选取4种品牌重型载货汽车为试验车辆，各车型驾驶室悬置系统基本参数见表2。

表2　试验车型驾驶室悬置系统基本参数

2.2平顺性试验

在驾驶员脚部地板上、座椅靠背及座垫上方分别安装三向加速度传感器，通过数据采集仪记录X、Y、Z方向的加速度振动信号。采样频率为512 Hz，频率分辨率为0.125 Hz；试验路面为沥青路面；车速为40、50、60、70、80 km/h。随机输入行驶试验结果如图1所示。

图1　随机输入行驶试验结果

2.3悬置传递率试验

在试验车型驾驶室悬置上、下位置安装单向加速度传感器，通过数据采集仪记录悬置上、下位置加速度振动信号，然后计算频率响应函数，分析0～30 Hz频率范围内的振动加速度信号的均方根值，求得悬置振动传递率(如图2、3所示)。

(a)左前悬置振动传递率

(b)右前悬置振动传递率图2　驾驶室前悬置传递率试验结果

(a)左后悬置振动传递率

(b)右后悬置振动传递率图3　驾驶室后悬置传递率试验结果

试验车型驾驶室前悬置传递率为0.30～0.45，后悬置传递率为0.55～0.85，不同车型存在较大差异。试验车型2，驾驶室前、后悬置传递率为0.35～0.45；试验车型1，驾驶室前悬置传递率为0.38～0.46，驾驶室后悬置传递率为0.63～0.95。振动传递率小，说明通过悬置传递到驾驶室的振动就小，悬置的隔振特性良好。试验车型的驾驶室后悬置隔振效果优劣顺序为：车型2良好，车型4次之，车型3差些，车型1最差。试验结论与随机输入行驶试验结论基本一致。

3　悬置结构优化及试验验证

3.1驾驶室悬置结构优化

试验车型驾驶室前悬置结构差异不大，其后悬置结构特点如图4所示。

(a)车型1后悬置结构

(b)车型2后悬置结构

(c)车型3后悬置结构

(d)车型4后悬置结构

试验车型1，当驾驶室受向下力作用时，减振器气囊将产生形变，由于连接臂的作用，驾驶室受到的向下力必定沿着连接臂有分量，相当于驾驶室通过悬置支架及气囊与车架连接在一起，影响悬置的隔振性能，结构布置不合理；试验车型2，悬置带横向减振器并与悬置成一定角度，横向减振器主要承受驾驶室悬置压缩变形，提供压缩、拉伸阻力，与气囊共同承担减振作用，结构设计合理；试验车型3，减振器垂直方向布置，主要承受垂直方向作用，对驾驶室侧向振动隔振较差，结构布置不合理；试验车型4，悬置带横向减振器且减振器与水平有一定夹角(夹角较大)，对垂直方向有一定限制作用，结构布置较为合理。

参考试验车型2的后悬置结构特点，对车型1后悬置结构进行优化设计：①匹配横向减振器；②改进橡胶套结构；③采用新支架结构形式。试验车型1后悬置结构优化前后对比如图5所示。

(a)原设计结构　　　　　　　　(b)优化设计结构图5　试验车型1后悬置结构优化前后对比

3.2试验验证

试验车型1驾驶室后悬置结构优化后，在同等试验条件下，进行随机输入行驶试验和悬置传递率试验，并与结构优化前的试验结果进行比对，结果如图6、7所示。

(a)左后悬置振动传递率

(b)右后悬置振动传递率图6　试验车型1后悬置结构优化前后悬置传递率试验结果

图7　试验车型1后悬置结构优化前后随机输入行驶试验结果

4　结　论

(1)悬置结构形式对重型载货汽车平顺性有较大影响，在不改变其他参数情况下，改变驾驶室悬置结构能有效提高其平顺性。

(2)在结构空间允许的条件下，增加横向减振器是提高车辆平顺性最有效的方法。

本文仅从驾驶室悬置结构设计方面分析验证了其对车辆平顺性的影响，未考虑悬置刚度、阻尼等系统参数对车辆平顺性的影响，这将是下一步的研究重点。

[1]王楷焱.商用车驾驶室悬置系统隔振特性与优化研究[D].长春：吉林大学，2011：2-7.

[2]陈静，曹晓琳，王登峰，等.重型商用车驾驶室空气悬置系统的匹配优化[J].吉林大学学报，2009，39(5)：1125-1129.

[3]赵永玲，张淑琴，程兆刚.重型商用车驾驶室悬置系统的参数优化[J].机械设计与制造，2015(2)：202-205.

[4]刘鹏，张振华.商用车驾驶室悬置隔振系统设计[J].车辆与动力技术，2013(4)：48-52.

[5]唐天柱，谢小平，白云志，等.基于动力学仿真及非线性阻尼优化的商用车驾驶室悬置系统改进[J].机械设计，2014，31(3)：42-46.

[6]谢柯，曾发林，李建康，等.商用车驾驶室悬置系统优化[J].重庆理工大学学报，2015，29(3)：15-36.

[7]陈亮，丁渭平，杨明亮，等.驾驶室悬置系统的振动传递率匹配研究[J].机械设计与制造，2013(11)：76-78.

(编辑：关立哲)

Influence of Cab Mounting Structure on Truck Ride Comfort

WU Jihui1,2,XIA Junzhong3,WANG Jing2,WANG Zengqiang2,ZHAO Lei1

(1. Postgraduate Training Brigade,Military Transportation University,Tianjin 300161,China; 2.Automotive Engineering Research Institute,Shanxi Heavy Duty Automobile Co.,Ltd.,Xi’an 710200,China; 3.Military Vehicle Department,Military Transportation University,Tianjin 300161,China)

In order to improve the ride comfort of heavy trucks,the optimal design of cab mounting structure is conducted in this paper.Heavy trucks with different mounting structure are selected as the research objects in random ride comfort experiment and mounting vibration isolation rate experiment,and the advantages and disadvantages of cab mounting structure are evaluated with total root mean square value of weighted acceleration and vibration transmissibility.The experiment shows that:changing cab mounting structure can effectively improve ride comfort while other parameters remain the same,and increasing lateral damper is the most effective method for improving vehicle ride comfort under the condition of adequate structure space.

truck; cab mounting; ride comfort; transmissibility

2015-09-15；

2015-11-06.

吴继辉(1984—)，男，硕士研究生；

夏均忠(1967—)，男，博士，教授，硕士研究生导师.

10.16807/j.cnki.12-1372/e.2016.01.010

U463.8

A

1674-2192(2016)01- 0039- 04