某卡車開發(fā)中關(guān)于平順性的設(shè)計(jì)分析與測(cè)試

程光寶，王慶生

（安徽江淮汽集團(tuán)股份有限公司國(guó)際公司，安徽 合肥 230041）

前言

現(xiàn)代卡車的發(fā)展，對(duì)乘坐舒適性越來(lái)越高，除了滿足必要的載貨要求外，乘坐舒適性也是設(shè)計(jì)者要考慮的重要性能。但卡車不同于乘用車，受力情況較為復(fù)雜，舒適性和承載性難以兼得。設(shè)計(jì)時(shí)往往將前后軸分開考慮，后懸架系統(tǒng)為了滿足必要的承載性，設(shè)計(jì)時(shí)多在懸架的主板簧上方增加副板簧結(jié)構(gòu)，而前軸主要承受駕駛室及乘員，無(wú)副加板簧，且為了增加舒適性，通常采用少片簧結(jié)構(gòu)。同時(shí)，卡車發(fā)動(dòng)機(jī)布置在駕駛室下方，振動(dòng)系統(tǒng)顯得較為復(fù)雜，為了能夠達(dá)到駕乘人員必要的舒適性要求，設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮。

本文論述車輛總質(zhì)量GVW為8.2T某卡車產(chǎn)品(以下稱目標(biāo)車輛)，在開發(fā)過(guò)程乘坐舒適性的測(cè)試及設(shè)計(jì)整改過(guò)程分析。為了簡(jiǎn)化和有效測(cè)試目標(biāo)車輛的平順性要求，確定目標(biāo)車輛測(cè)試點(diǎn)為駕駛室主、副駕駛座椅支承面的加速度值，并換算成加權(quán)振級(jí)Lαw, 設(shè)計(jì)要求此振級(jí)值Lαw≤120dB。為了縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，目標(biāo)車輛在借用基礎(chǔ)車型的振動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)。目標(biāo)車輛開發(fā)完工后，對(duì)上述位置的加速度進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)部分指標(biāo)不滿足設(shè)計(jì)要求，加權(quán)振級(jí)Lαw超出了120dB值，測(cè)試值如圖所示：

圖1

目標(biāo)車輛的加權(quán)振級(jí)超出了設(shè)計(jì)要求，同時(shí)根據(jù) GB/T4970關(guān)于汽車平順性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)加權(quán)振級(jí)在118dB＜Lαw＜124dB，屬于不舒服的范疇。因此，需要對(duì)車輛進(jìn)行振動(dòng)分析和必要的減振措施。

1 分析及改進(jìn)措施

分析策略：簡(jiǎn)化振動(dòng)模型，根據(jù)振動(dòng)運(yùn)動(dòng)公式找出影響車輛平順性的影響因素，進(jìn)行參數(shù)調(diào)整后進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定。

在對(duì)目標(biāo)車型整改前，需充分分析目標(biāo)車型振動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)同平臺(tái)其它車型的參數(shù)及平順性數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，最后對(duì)目標(biāo)車型的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新調(diào)整。目標(biāo)車輛軸距4150mm，乘坐舒適性可近似認(rèn)為前后懸架相互獨(dú)立，因此，為了簡(jiǎn)化和有效分析車輛振動(dòng)特性，僅考慮前懸架的振動(dòng)參數(shù)影響，將目標(biāo)車輛簡(jiǎn)化為前懸單質(zhì)量振動(dòng)模型，如圖所示，其中q為路面對(duì)整車輛的沖擊，z為人體和車身的垂直位移，m為汽車懸掛質(zhì)量，K代表懸架的剛度，C代表懸架減振器的阻力系數(shù)。

圖2

在分析目標(biāo)車輛模型時(shí)，僅考察前懸部位的振動(dòng)參數(shù)，而忽略后懸架的影響。根據(jù)汽車?yán)碚搶?duì)振動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程：

該方程表明，人體受到的來(lái)自汽車的振動(dòng)，是一個(gè)較為復(fù)雜的關(guān)系，同懸架的剛度K和減振阻力并不是一個(gè)線性的關(guān)系。根據(jù)汽車在平順性試驗(yàn)方法，在實(shí)際測(cè)試中，需對(duì)車輛的主要部件的固有頻率f0和懸架的阻尼比ξ進(jìn)行測(cè)試，找出問(wèn)題點(diǎn)。其中固有頻率及阻尼的公式：

通過(guò)以上對(duì)振動(dòng)模型的建立和振動(dòng)公式的分析，目標(biāo)車輛的懸掛質(zhì)量及車架等固有頻率是一定值，無(wú)法或不便更改，可以對(duì)目標(biāo)車輛的板簧剛度及懸架減振器的阻力比進(jìn)行調(diào)整。

表1

根據(jù)目標(biāo)車輛的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，車架部件固有頻率為17HZ，車輪固有頻率2.2Hz，板簧剛度230N/mm，懸架阻尼比為0.1。車架及車輪固有頻率處在合理的范圍內(nèi)，但和阻尼比值過(guò)小，板簧剛度可以根據(jù)需要調(diào)整。因此，對(duì)目標(biāo)車輛減振參數(shù)進(jìn)行有目的的調(diào)整，將懸架剛板彈簧的剛度K由230N/mm調(diào)整為200N/mm，同時(shí)加大懸架減振器阻力，懸架阻尼比為ξ調(diào)整為0.25。

調(diào)整后的目標(biāo)車輛結(jié)構(gòu)型式及主要減振參數(shù)如表1。

將參數(shù)調(diào)整后的目標(biāo)車輛重新進(jìn)行實(shí)測(cè)和評(píng)價(jià)，得到主、副駕駛室座椅支承面在不同車速下的三個(gè)自由度的加速度值（ax,ay,az），如附圖所示。

圖3 目標(biāo)車輛的模底測(cè)試在時(shí)速20km/h時(shí)的加速度

整改后，目標(biāo)車輛主、副駕駛室座椅支承面的振動(dòng)加速度得到明顯改善。根據(jù)試驗(yàn)方法中總加速度均方根值及等效均值的換算方法，將不同車速下的加速度值轉(zhuǎn)化為GB/T4970中定義的等效均值Leq。根據(jù)試驗(yàn)方法中總加速度均方根值及等效均值的換算方法：

圖4 目標(biāo)車輛整改后等效均值

通過(guò)以上對(duì)目標(biāo)車輛進(jìn)行改進(jìn)后，主、副駕駛座的舒適性，即等效的加權(quán)振級(jí)均值達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。

2 總結(jié)

本文是對(duì)目標(biāo)車輛的振動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程，分析中使用了常用和有效方法，對(duì)車輛進(jìn)行了簡(jiǎn)化和振動(dòng)參數(shù)調(diào)整。實(shí)際上，汽車是一個(gè)多質(zhì)量和復(fù)雜的振動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)路況也是不規(guī)則的，但汽車的減振系統(tǒng)是有規(guī)則和不變的，類似以不變應(yīng)萬(wàn)變的手段。隨著汽車減振的發(fā)展，很多新型的減振方法或措施得到應(yīng)用，如駕駛室減振座椅的開發(fā)應(yīng)用，新型剛板彈簧材料的開發(fā)應(yīng)用，獨(dú)立彈簧或空汽彈簧在卡車上的應(yīng)用等，使卡車在舒適性與承載性方面得到了較好的提升。

參考文獻(xiàn)

[1] 余志生.汽車?yán)碚?[M]2009.

[2] 胡海慶.機(jī)械振動(dòng)基礎(chǔ).[M]2013年.

[3] 汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法[S].GB/T4970-2009.