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      基于裝載量變化的載貨汽車乘坐舒適性研究

      2021-11-18 08:54:42屈亞洲吳云兵張鵬飛應(yīng)宇汀
      專用汽車 2021年11期
      關(guān)鍵詞:裝載量方根值駕駛室

      屈亞洲 吳云兵 張鵬飛 應(yīng)宇汀

      中汽研汽車檢驗(yàn)中心(寧波)有限公司 浙江寧波 315336

      載貨汽車作為公路運(yùn)輸行業(yè)主要貨運(yùn)車輛之一,因其承載質(zhì)量大、運(yùn)輸效率高等特點(diǎn)在高速物流運(yùn)輸中扮演著重要角色。但在其帶來便利的同時(shí),也因行駛周期長(zhǎng)且長(zhǎng)期受路面沖擊作用,引起駕駛員疲勞,誘發(fā)交通安全事故的發(fā)生。雖然目前許多學(xué)者對(duì)與影響車輛的行駛平順性及乘坐舒適性直接相關(guān)的輪胎、懸架等主要減振部件進(jìn)行了研究[1-4],但大多未考慮裝載量變化對(duì)駕駛室乘坐舒適性的影響。而車輛在實(shí)際行駛中,裝載質(zhì)量不同,在相同的路面激勵(lì)下,也會(huì)產(chǎn)生不同的振動(dòng),因此本文擬從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面探究裝載質(zhì)量變化對(duì)駕駛室乘坐舒適性的影響。

      1 振動(dòng)系統(tǒng)建模

      根據(jù)研究需要,在一定程度上對(duì)車輛主要振動(dòng)部件進(jìn)行了簡(jiǎn)化[5],建立了包含駕駛室、車體、前后軸輪胎在內(nèi)的共五自由度1/2車輛振動(dòng)模型,簡(jiǎn)化后的模型如圖1所示。

      圖1 載貨汽車簡(jiǎn)化振動(dòng)模型

      圖2 隨機(jī)激勵(lì)路面位移

      由此可以將上述五自由度半車模型的微分方程整理成如下狀態(tài)空間形式:

      2 仿真分析

      以某款車為研究對(duì)象,車輛空載和滿載參數(shù)如表1所示。隨著裝載量的逐漸增加,車身質(zhì)量、車身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、前后懸架剛度以及后懸架阻尼系數(shù)等也會(huì)發(fā)生變化,因此為了探討裝載量變化對(duì)駕駛室舒適性的影響,假設(shè)裝載量是均勻分布放置在貨廂,且裝載量的變化呈線性增加,然后通過內(nèi)插來計(jì)算由裝載量變化而引起的參數(shù)變動(dòng),由此得到5種裝載量變化,并依次記為空負(fù)荷、1/4負(fù)荷、1/2負(fù)荷、3/4負(fù)荷、滿負(fù)荷。

      表1 車輛空滿載參數(shù)

      選擇B級(jí)路面Gq( n0)=64×10-6,速度u=40 km/h,仿真時(shí)長(zhǎng)為10 s,對(duì)隨機(jī)激勵(lì)路面輸入進(jìn)行仿真分析,依次得到五種負(fù)荷下的駕駛室垂直加速度及駕駛室懸架動(dòng)行程時(shí)域和功率譜密度曲線,如圖3~圖4所示。

      圖3 駕駛室垂直加速度時(shí)域和功率譜密度曲線

      圖4 駕駛室懸架動(dòng)行程時(shí)域和功率譜密度曲線

      從時(shí)域曲線來看,在不同負(fù)荷下,駕駛室垂直加速度和懸架動(dòng)行程上下波動(dòng)都高于空負(fù)荷;從功率譜密度曲線來看,駕駛室振動(dòng)響應(yīng)量的功率譜密度波峰主要集中在1~2.5 Hz左右,避開了會(huì)引起人體器官共振的4~12.5 Hz,且隨著裝載量的增加,駕駛室垂直加速度和懸架動(dòng)行程的功率譜波峰整體呈升高趨勢(shì),但在3/4負(fù)荷下,功率譜密度波峰相較于其他負(fù)荷時(shí)有所降低。此外,隨著裝載量的增加,駕駛室的共振頻率降低,說明裝載量的增加加劇了駕駛室在低頻下的振動(dòng)。

      為了更清晰地說明裝載量變化對(duì)駕駛室乘坐舒適性的影響,這里給出了駕駛室垂直加速度和懸架動(dòng)行程在不同負(fù)荷下的最大絕對(duì)值和均方根值曲線,如圖5~圖6所示。

      圖5 駕駛室垂直加速度最大絕對(duì)值及均方根值曲線

      圖6 駕駛室懸架動(dòng)行程最大絕對(duì)值及均方根值曲線

      如圖5所示,裝載量由空負(fù)荷增加到1/2負(fù)荷時(shí),駕駛室垂直加速度最大絕對(duì)值和均方根值都逐漸增加,當(dāng)車輛裝載量達(dá)到3/4負(fù)荷時(shí),駕駛室垂直加速度最大絕對(duì)值和均方根值又明顯低于1/2負(fù)荷和滿負(fù)荷。因此說明針對(duì)此款車型,裝載量為3/4負(fù)荷時(shí)在保證運(yùn)輸效率的同時(shí),也有助于降低因路面沖擊而引起的駕駛室振動(dòng),提高車輛的乘坐舒適性。圖6為駕駛室懸架動(dòng)行程最大絕對(duì)值及均方根值曲線,由圖中可知,隨著裝載比的增加,駕駛室懸架動(dòng)行程整體呈上升趨勢(shì),且在3/4負(fù)荷時(shí),均方根值略小于1/2負(fù)荷和滿負(fù)荷。

      3 結(jié)語

      建立了載貨汽車五自由度平面振動(dòng)力學(xué)模型,從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面,仿真分析了空負(fù)荷、1/4負(fù)荷、1/2負(fù)荷、3/4負(fù)荷和滿負(fù)荷五種負(fù)荷變化對(duì)載貨汽車乘坐舒適性的影響。仿真結(jié)果如下:

      a.從時(shí)域曲線來看,在不同負(fù)荷下,駕駛室垂直加速度和懸架動(dòng)行程上下波動(dòng)都高于空負(fù)荷;從頻域曲線來看,駕駛室振動(dòng)響應(yīng)量的功率譜密度波峰主要集中在1~2.5 Hz左右,且隨著裝載量的增加,其功率譜波峰整體呈升高趨勢(shì),但在3/4負(fù)荷下,相較于其他負(fù)荷時(shí)有所降低。此外,隨著裝載量的增加,駕駛室的共振頻率降低,說明裝載量的增加加劇了駕駛室在低頻下的振動(dòng)。

      b.裝載量由空負(fù)荷增加到1/2負(fù)荷時(shí),駕駛室垂直加速度最大絕對(duì)值和均方根值都逐漸增加,然而當(dāng)裝載量達(dá)到3/4負(fù)荷時(shí),駕駛室垂直加速度最大絕對(duì)值和均方根值又明顯低于1/2負(fù)荷和滿負(fù)荷。從駕駛室懸架動(dòng)行程來看,隨著裝載比的增加,駕駛室懸架動(dòng)行程最大絕對(duì)值和均方根值整體呈上升趨勢(shì),且在3/4負(fù)荷時(shí),均方根值略小于1/2負(fù)荷和滿負(fù)荷。因此說明裝載量為3/4負(fù)荷時(shí)在保證運(yùn)輸效率的同時(shí),也有助于降低因路面沖擊而引起的駕駛室振動(dòng),提高車輛的乘坐舒適性。

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