上装振动水平对驾驶室平顺性的影响分析

雷盼飞+朱强+周良生

摘要：军用运输车辆上装载荷大，在行驶过程中由于行驶条件差，上装的运动会对驾驶室的平顺性产生影响。本文在建立整车多体动力学模型的基础上，对不同较大载荷下的上装振动水平对驾驶室平顺性的影响进行了分析。结果表明：随着上装振动水平的降低，其对驾驶室的影响也降低，在一定程度上提高了驾驶室平顺性。

Abstract： The load on the military transport vehicles is large. Due to the poor driving conditions during the driving process， the movement of the upper part will have an impact on the ride comfort of the cab. Based on the establishment of the multi-body dynamic model of the vehicle， the paper analyzes the influence of the vibration level of the upper part on the ride comfort of the cab under different large loads. The results show that as the vibration level of the top coat decreases， the impact on the cab also reduces， which improves the ride comfort of the cab to a certain extent.

关键词：军用运输车辆；平顺性；驾驶室；上装

Key words： military transport vehicles；ride comfort；cab；upper part

中图分类号：U463.81 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）04-0110-02

0 引言

对军用车辆而言，由于其行驶条件较差、上装载荷较大，因此由上装运动导致的驾驶室振动也必须考虑在内。本文基于整车多体动力学模型，采用仿真的手段，针对不同载荷，分析上装振动水平对驾驶室平顺性的影响。

1 整车多体动力学模型建立

文章选取某型重型越野运输车辆为试验样车，其驱动形式为6×6，轴距（前/后）为3375/1400mm，轮距为2072mm，整备质量为10230kg，额定载荷为10000kg，非簧载质量（前/后桥）为1480/2740kg，最高车速为80km/h，前悬架形式为非独立式纵置板簧式，前悬架阻尼器为双向筒式液力减振器，后悬架形式为钢板弹簧平衡悬架。

根据研究内容对车辆进行简化，并定义车辆坐标系Oxyz，原点O位于前轴轴线中心处，xy平面平行于水平地面，x轴垂直于前轴指向车辆后方，y轴平行于前轴指向驾驶员右侧，z轴服从右手定则。在ADAMS/Chassis中建立前后悬架钢板弹簧模型，在ADAMS/View中建立其它构件，通过运动副装配成整车多体动力学模型。根据GB/T12538-2003和GB/T4783-1984在空载状态下对整车质心位置及悬挂系统固有频率及阻尼比进行试验测量，并与模型参数进行对比验证了模型的正确性。

2 车辆载荷分析

军用车辆作为运输车辆，在使用过程中会装载不同的货物，因此其所承载的载荷是不同的。对于散装货物而言，由于其质量一般不大，而且无规律，其运动过程中对驾驶室产生的影响较小，因此不予以研究。军用车辆更为常见的是作为一种通用化运输平台，在使用过程中根据不同的用途及任务对其进行改装，从而满足不同的用途。较为常见的是将其改装为各种不同用途的厢式车辆，例如加装卫生装备方仓、后勤保障方倉等，或者将其改装为雷达车、指挥通信车等。在这种状况下，一般可以达到车辆较大载荷甚至满载的状况，而且在这种情况下其载荷一般分布均匀。

基于上述，本文主要考虑半载、3/4载荷和满载三种工况下的上装振动水平对驾驶室平顺性的影响。

3 影响分析

3.1 初始状态下上装振动水平及驾驶室平顺性评价

根据前期工作结果，对车辆加装多点悬置系统，才采用8点悬置，并将中部悬置点向内靠拢160mm的布置方案。根据上装载荷及相关经验，选取上装前、后位置悬置点的刚度在满载状态为150N/mm，在3/4载荷状态为112.5N/mm，半载状态为75N/mm；中部两悬置点的刚度在满载状态为300N/mm，在3/4载荷状态为225N/mm，在半载状态为150N/mm。

参照ISO2631-1：1997（E）与GB/T4970-2009，在仿真期间记录上装质心处三向振动加速度均方根值（RMS）及其侧倾、俯仰角加速度RMS，其中将质心处垂向加速度RMS替换为上装左前处、质心处、右后处垂向加速度RMS的算术平均值，这样形成上装振动水平的评价函数为：

A1={Rx2+Ry2+[（R左前+Rz+R右后）/3]2+（0.63×1000Rrx）2+（0.4×1000Rry）2}1/2 （1）

对驾驶室平顺性的评价，同样选取驾驶员座椅处三向加速度RMS为评价指标，并取侧向加速度RMS的权重为1.4，因此驾驶室平顺性评价函数为：

A2=1.4×Rx+1.4×Ry+Rz （2）

在D级仿真路面40km/h下，对整车进行仿真分析，得到上装振动水平在满载状态为3701.1mm/s2，在3/4载荷状态为3623.4mm/s2，半载状态为3597.6mm/s2；驾驶室平顺性评价函数在满载状态为5190.0mm/s2，在3/4载荷状态为4629.3mm/s2，在半载状态为3035.7mm/s2。endprint

3.2上装振动水平的优化

优化目标的选取应考虑研究目标和效率等多个因素，本次优化的目标是降低车辆上装振动水平，因此选取表征上装振动水平的函数作为优化目标。为提高计算效率，选取上装质心处x、y、z三个方向的振动加速度RMS加权和作为评价指标，其水平方向权重取为1.4，垂直方向权重取为1。以左前处、质心处和右后处的垂向加速度RMS算术均值代替上述z向振动加速度RMS，具体如下式：

A3=1.4×Rx+1.4×Ry+（R左前+Rz+R右后）/3 （3）

选取悬置元件的刚度参数作为优化变量，取值范围为其初始值的±50%，限制上装运动幅值不宜过大，利用序列二次规划算法（SQP）进行优化计算。

优化后的各悬置元件的刚度：在满载状态下，各悬置点的最优刚度由前至后依次为76.44N/mm、152.55N/mm、199.34N/mm和72.2N/mm；在3/4载荷状态下，依次为53.98N/mm、75N/mm、175.56N/mm和55.33N/mm；在半载状态下，依次为34.08N/mm、45.09N/mm、91.93N/mm和30.43N/mm。

优化后上装振动水平在满载状态为2201.2mm/s2，在在3/4载荷状态为2155.9mm/s2，半载状态为1956.8mm/s2；驾驶室平顺性评价函数在满载状态为4884.8mm/s2，在3/4载荷状态为3643.0mm/s2，在半载状态为1439.9mm/s2。

3.3上装振动水平对驾驶室平顺性的影响

根据上述优化结果及初始状态下上装振动水平与驾驶室平顺性评价函数的结果，可以看出随着上装振动水平的降低，驾驶室振动水平也降低，其平顺性有所提高。而在不同载荷状态下这种影响趋势并未改变，而且随着上装载荷的降低，其振動水平的降低所带来的驾驶室振动水平降低的幅度也在增大。

4 总结

本文通过建立整车多体动力学模型，在分析车辆载荷的基础上，对不同载荷下上装振动水平对驾驶室平顺性的影响进行分析。发现上装载荷较大的情况下，上装振动水平对驾驶室平顺性有明显影响，而且随着上装振动水平的降低，其对驾驶室的影响也降低，在一定程度上提高了驾驶室平顺性，而且随着上装载荷的降低，其振动水平的降低所带来的驾驶室振动水平降低的幅度也在增大。

参考文献：

[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：吉林大学汽车工程学院，2011.

[2]陈家瑞.汽车构造（下册）[M].北京：机械工业出版社，2009.

[3]梁文英，马力，杨乐.半挂汽车列车车架的柔性化对平顺性的影响[J].专用汽车，2010（10）.endprint