WC12REP皮卡車行駛平順性優(yōu)化設(shè)計

王登化，鄒美群，趙斌

前言

WC12REP防爆柴油機(jī)無軌膠輪皮卡車是一種以防爆柴油機(jī)為動力、液力機(jī)械傳動、后輪驅(qū)動的煤礦井下無軌式運(yùn)輸人車，主要用于巷道斷面不小于4m×3m、坡度不大于25%的有瓦斯煤礦井下運(yùn)輸作業(yè)。該車具有結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)彎半徑小、爬坡能力強(qiáng)及運(yùn)輸效率高等優(yōu)點。但此車目前存在一致命弱點，其行駛平順性很差，嚴(yán)重影響了該車在煤礦上的聲譽(yù)及銷量，為此，公司出資研發(fā)提升WC12REP皮卡車行駛平順性的項目，并成功地開發(fā)出一套效果顯著的液壓互聯(lián)懸架系統(tǒng)，使乘車舒適性提高 30%左右，經(jīng)濟(jì)性亦很好，其研發(fā)過程及方法如下。

1、原車的參數(shù)測定

在礦車四個車輪處分簧上簧下布置總計8個PCB 356A16三向加速度傳感器，將傳感器通過磁力座吸附在相應(yīng)橫梁上。將車輛多個車輪置于木塊上，將車輛推下木塊并用筆記本電腦采集好數(shù)據(jù)，完成跌落實驗。準(zhǔn)備過程如圖1所示。

分別墊高車輛的左側(cè)兩車輪、右側(cè)兩車輪、兩前輪、兩后輪以及同時墊高四輪進(jìn)行跌落，對應(yīng)的可以激起向左側(cè)傾、向右側(cè)傾、向前俯仰、向后俯仰以及四輪垂直跳動多種模態(tài)，每種實驗重復(fù)3到4組；再以65kg沙袋代替人的重量，進(jìn)行滿載跌落，重復(fù)之前空載時跌落試驗的步驟；通過在每個車輪上綁上一定質(zhì)量的重物以達(dá)到增加簧下質(zhì)量的目的，再重復(fù)之前空載時跌落試驗的步驟。

2、仿真優(yōu)化以及相匹配液壓互聯(lián)懸架系統(tǒng)的設(shè)計和制造

通過跌落試驗，獲得整車振動響應(yīng)曲線，將這些數(shù)據(jù)通過特定方法處理即可識別出整車系統(tǒng)參數(shù)如簧上質(zhì)量、等效彈簧剛度等。利用系統(tǒng)參數(shù)建立準(zhǔn)確的整車七自由度振動模型。

在模型中給予各種不同的激勵仿真，可以進(jìn)一步對模型進(jìn)行優(yōu)化，補(bǔ)足缺少的阻尼，設(shè)計液壓回路使其提供一部分所需的垂向剛度。根據(jù)優(yōu)化結(jié)果可以減少一定的鋼板彈簧剛度，設(shè)計與之匹配的液壓互聯(lián)懸架系統(tǒng)和阻尼器。設(shè)計出圖紙后即可加工油缸和阻尼器，在車輛底盤上測量方便安裝的位置，根據(jù)結(jié)果設(shè)計加工安裝支座并訂購油管、蓄能器和相關(guān)閥門等。將整個回路連接好，排除油路中的空氣后安裝到車輛上，整個液壓互聯(lián)懸架系統(tǒng)見圖2。

3、試驗數(shù)據(jù)的處理及對比

3.1 改裝后的整車參數(shù)測定

將剛度優(yōu)化后的鋼板彈簧、阻尼器和HIS系統(tǒng)在該車上安裝好，調(diào)試整個測試系統(tǒng)，將系統(tǒng)的工作壓力調(diào)到相對合適值，完成礦車的改裝。按測定原車參數(shù)時的方法重復(fù)之前的跌落實驗并采集數(shù)據(jù)，繼而分析整車系統(tǒng)參數(shù)上是否達(dá)到預(yù)期要求。

3.2 試驗數(shù)據(jù)的處理及對比

分別將原車和改裝后車輛進(jìn)行跌落實驗，將所得信號進(jìn)行快速傅里葉變換并截斷，可得到頻域響應(yīng)曲線；為了明確各個部件的安裝對整車所帶來的影響，在完成改裝后車輛跌落試驗后，拆掉懸架系統(tǒng)中的阻尼器進(jìn)行一次跌落試驗，再拆掉懸架系統(tǒng)中的油缸進(jìn)行一次跌落試驗，得到數(shù)據(jù)后進(jìn)行快速傅里葉變換并截斷，兩車加速度幅值對比如表1所示。

表1 跌落試驗中兩車加速度幅值對比

4、路試

按照 GB/T4970-2009《汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗方法》規(guī)定，分別在車輛座椅、質(zhì)心以及車輛后廂左、右座椅處固定4個加速度傳感器。選擇一段較長的路段以不同速度勻速行駛，給予隨機(jī)路面輸入，試驗人員在車上采集固定路段的加速度數(shù)據(jù)。分別在出廠原車和改裝車的相同位置安置加速度傳感器，在同一路段進(jìn)行多組不同車速、不同液壓回路壓力的試驗，同時可以調(diào)整合適的液壓壓力。將路試收集到的時域信號做快速傅里葉變換，可以得到頻域信號，以駕駛席座椅處和質(zhì)心處為例。得到頻域信號后即可計算加速度均方根值，根據(jù)國標(biāo) GB/T4970-2009《汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗方法》規(guī)定，加權(quán)加速度均方根值可以通過頻譜分析法計算，按式1計算。

式1中：Ga(f)為功率譜密度函數(shù)，w (f)為頻率加權(quán)函數(shù)式2為座椅垂向頻率加權(quán)函數(shù)：

式3為座椅縱向、橫向頻率加權(quán)函數(shù)：

座椅墊上方的總加權(quán)速度均方根值按式4計算，計算后得到的數(shù)據(jù)如表3所示。

表2 加權(quán)加速度均方根值與人的主觀感受之間的關(guān)系（出自GB/T4970-2009）

表3 路試中兩車各個測點的加速度均方根值

從表3可以看到，液壓互聯(lián)懸架系統(tǒng)的加裝對WC12REP皮卡車舒適性有著顯著的改善。

5、總結(jié)

從出廠原車和加裝液壓互聯(lián)懸架系統(tǒng)礦車的對比試驗數(shù)據(jù)中我們可以得出以下結(jié)論：

（1）在改裝之前，跌落試驗的結(jié)果表明整車的剛度過大導(dǎo)致整車的垂向剛度過大，繼而產(chǎn)生空載甚至部分裝載情況下，車輛駛過路面時響應(yīng)加速度過大，乘坐人員感覺不適。為減小這種使乘坐人員感到不適的加速度響應(yīng)，我們需要把整車垂向剛度降低。

（2）經(jīng)過建模仿真優(yōu)化后，將板簧剛度減小，為了保證其載重能力和綜合性能，加裝一套匹配的液壓互聯(lián)懸架系統(tǒng)和阻尼器。

（3）跌落試驗顯示同高度的整車跌落，改裝后車輛相對原車簧上質(zhì)量各處加速度最大值減小 60%以上，效果顯著。而參照國標(biāo)給出的車輛行駛平順性評價標(biāo)準(zhǔn)，以加速度均方根值作為考察依據(jù)，在隨機(jī)路面輸入的情況下，改裝后的車輛相比出廠原車加速度均方根值減小約30%，效果依然顯著。同時，分別乘坐原車和改裝后車輛，主觀感受也感覺到優(yōu)化效果明顯。

（4）從參數(shù)識別的結(jié)果來看，完成改裝后整車的垂向剛度相比原車反而變大，理論上來說，進(jìn)一步減小剛度可以達(dá)到更好的增加舒適性效果。

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