重型商用车驾驶室悬置结构对平顺性影响的试验研究

徐阳 刘宗晟 曹源 李志豪

摘  要：以某重型商用车驾驶室悬置系统为例，通过实车道路试验，研究了四弹簧，四气囊悬置减振系统的振动特性在A级路面和B级路面对车辆行驶平顺性的影响规律。试验结果表明，四气囊驾驶室悬置系统的平顺性整体优于四弹簧驾驶室悬置结构。

关键词：商用车;驾驶室悬置;平顺性

中图分类号：U467.1    文献标识码：A    文章编号：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

平順性是商用车的重要性能指标，不仅对商用车经济性、动力性有一定影响，而且对驾乘人员的舒适性有直接影响。其中商用车驾驶室悬置减振结构对平顺性有直接影响。传统的商用车驾驶室悬置系统一般采用4点弹簧+减振器系统，这种驾驶室悬置减振结构导致偏频较高[1]，车辆行驶过程中的平顺性和安全性很难保证。长期以来，欧洲商用车驾驶室长期使用采用4点空气弹簧悬置系统，这种悬置结构布置方式对驾乘人员的舒适性有显著提升。

本文以某重型商用车驾驶室悬置系统为研究对象，通过实车道路试验，研究2种驾驶室悬置结构减振系统对该车辆平顺性的影响规律，为提升该车辆整车平顺性性能提供一定的依据。

2     驾驶室悬置系统

2.1   驾驶室悬置的种类

驾驶室悬置是支撑驾驶室并提升整车舒适性的系统装置。目前商用车驾驶室悬置一般按照其支撑驾驶室的方式分为二类：半浮式和全浮式[2]。

半浮式驾驶室悬置方式为前悬置采用橡胶固定支撑，后悬置采用弹簧作为减振元件。全浮式悬置方式为前悬置包括弹簧+减振器（或减振器内置的空气弹簧）、后悬置包括弹簧+减振器（或减振器内置的空气弹簧）等。

对于全浮式的驾驶室悬置系统，国内外商用车生产企业广泛采用的组合方式有以下三种：

1）前后悬置均为筒式弹簧减振器;

2）前悬置采用弹簧，后悬置采用减振器内置的空气弹簧;

3）前后悬置均采用减振器内置的空气弹簧。

本测试车辆的驾驶室悬置采用2种不同结构的减振系统，即前后悬置均为弹簧减振系统、前后悬置均采用减振器内置的四气囊减振系统。为保证试验车辆条件一致性，将这2种不同结构的驾驶室悬置系统分别安装在同一车辆进行道路测试。

2.2   模型验证及优化

该车型原驾驶室悬置结构为四弹簧结构，为验证模型准确性，选取普通路面60km/h脚步Z向仿真与试验自功率谱密度函数曲线来进行验证。

由图2可发现，普通路面60km/h脚步Z向仿真与试验曲线趋势基本一致，该模型精度满足要求。

为满足用户舒适度需求，将驾驶室悬置结构更改四气囊驾驶室悬置结构，提出4种优化方案建立Adams仿真模型并对比分析每种方案的优化效果。

根据仿真优化结果和主观评价效果，最终选择方案1作为最终的四气囊驾驶室悬置结构优化方案，并进行试验验证。

3    平顺性试验

3.1   试验目的和方案

商用车是一个复杂的振动系统，平顺性的振源主要来自路面[3]。

平顺性评价指标主要为加权加速度均方根值av。加权加速度均方根值是按其振动方向和人体对振动频率的敏感程度进行加权计算得到的。其中av与人的主观感觉间的关系见表3：

为研究不同结构驾驶室悬置对平顺性的影响规律，测取了驾驶员座椅处的垂直、纵向、横向和座椅靠背垂向、纵向及及脚部地板上的垂向的加速度时间历程，其中采样频率为200Hz，试验路面为普通公路和高速路面，车辆负载共计12t，普通公路车速为30～70km/h，高速路面为50～85km/h，每隔5km/h进行采样。

3.2   试验结果分析

本试验采用加权加速度均方根值评价法[4]来评价振动对驾乘人员舒适度的影响。试验车辆先后配置前后悬置为四弹簧减振系统、前后悬置为四空气气囊减振系统，分别在驾驶员座椅和座椅靠背及脚步处布置传感器，运用数采记录加速度响应的时间历程，获得该车辆在不同路面和不同车速上行驶时，测点的加速度响应（绝对值）。

3.2.1 不同悬置系统在普通公路对比结果

测试车辆分别在普通公路（等同B级路面）上以不同车速行驶时测得的加速度响应。其中表4为车辆配置为前后四弹簧的试验车辆驾驶室测点的加权加速度均方根值，表5为车辆配置为前后四空气气囊驾驶室测点的加权加速度均方根值。

为便于比较，选取驾驶员总乘坐值作为平顺性评价指标。图1为普通公路（等同B级路面）驾驶室悬置四气囊与四弹簧驾驶员总乘坐值比较。

由图2可知，在普通公路30-40km/h时，四弹簧驾驶室悬置结构优于四气囊悬置结构，在普通公路55-70km/h时，四气囊驾驶室悬置结构优于四弹簧悬置结构。

3.2.2 不同悬置系统在高速路面对比结果

测试车辆分别在高速路面（等同A级路面）上以不同车速行驶时测得的加速度响应。其中表4为车辆配置为前后四弹簧的试验车辆驾驶室测点的加权加速度均方根值，表6为车辆配置为前后四空气气囊减振器驾驶室测点的加权加速度均方根值。

为便于比较，选取驾驶员总乘坐值作为平顺性评价指标。图2为高速路面（等同A级路面）驾驶室悬置四气囊与四弹簧驾驶员总乘坐值比较。

由圖3可知，在高速路面时，在50-85km/h四气囊驾驶室悬置结构明显优于四弹簧悬置结构。

3.2.3 不同车速下振动响应对比

为研究驾驶室不同结构悬置系统对车辆的加权加速度振动响应。通过实车试验测得在普通公路（B级路面）和高速路面（A级路面）上行驶时的加速度响应值。根据文献[5]可知，驾驶室脚步Z方向的振动响应较大反映汽车行驶的平顺性，故主要对比研究该车辆在脚步Z方向上的加速度振动响应。

限于文章篇幅，本文只给出在普通公路（B级路面）上55km/h，60km/h，65km/h和在高速路面（A级路面）上以70km/h，75km/h行驶时，2种不同驾驶室悬置结构车辆在Z方向的自功率谱密度函数变化曲线。

从图4-图8可看出：在普通公路55km/h，60km/h，65km/h上四气囊驾驶室悬置结构在低频1-2Hz时脚步Z向自功率谱密度函数较优于四弹簧驾驶室悬置结构。在高速路面70km/h，75km/h上四气囊驾驶室悬置结构在低频1-2Hz时脚步Z向自功率谱密度函数较优于四弹簧驾驶室悬置结构.

4    结论

本文通过对某商用车驾驶室采用不同结构悬置减振系统对车辆平顺性影响进行对比试验研究，结果表明：

（1）在普通公路（B级路面）上，30-40km/h时，四弹簧驾驶室悬置结构优于四气囊悬置结构，在55-70km/h时，四气囊驾驶室悬置结构优于四弹簧悬置结构。

（2）在高速路面（A级路面）上，在50-85km/h四气囊驾驶室悬置结构明显优于四弹簧悬置结构。

（3）悬置结构形式对该车辆平顺性有较大影响，在不改变其它参数条件下，驾驶室四空气气囊悬置结构能有效提升平顺性。

参考文献：

[1]王磊. 重型牵引车驾驶室空气悬置仿真与优化研究[D]. 合肥工业大学，2010.

[2]王伟. 商用车驾驶室悬置试验与计算研究[D]. 华南理工大学，2013.

[3]吴继辉，夏均忠，王静，等. 驾驶室悬置结构对载货汽车平顺性的影响[J]. 军事交通学院学报，2016，18（01）：39-42.

[4]庞辉，李红艳，方宗德，等. 驾驶室悬置系统对重型车辆平顺性影响的试验研究[J]. 汽车技术，2010（11）：52-56.

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