重型商用車駕駛室懸置結構對平順性影響的試驗研究

徐陽 劉宗晟 曹源 李志豪

摘? 要：以某重型商用車駕駛室懸置系統為例，通過實車道路試驗，研究了四彈簧，四氣囊懸置減振系統的振動特性在A級路面和B級路面對車輛行駛平順性的影響規律。試驗結果表明，四氣囊駕駛室懸置系統的平順性整體優于四彈簧駕駛室懸置結構。

關鍵詞：商用車;駕駛室懸置;平順性

中圖分類號：U467.1? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：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

平順性是商用車的重要性能指標，不僅對商用車經濟性、動力性有一定影響，而且對駕乘人員的舒適性有直接影響。其中商用車駕駛室懸置減振結構對平順性有直接影響。傳統的商用車駕駛室懸置系統一般采用4點彈簧+減振器系統，這種駕駛室懸置減振結構導致偏頻較高[1]，車輛行駛過程中的平順性和安全性很難保證。長期以來，歐洲商用車駕駛室長期使用采用4點空氣彈簧懸置系統，這種懸置結構布置方式對駕乘人員的舒適性有顯著提升。

本文以某重型商用車駕駛室懸置系統為研究對象，通過實車道路試驗，研究2種駕駛室懸置結構減振系統對該車輛平順性的影響規律，為提升該車輛整車平順性性能提供一定的依據。

2? ? ?駕駛室懸置系統

2.1? ?駕駛室懸置的種類

駕駛室懸置是支撐駕駛室并提升整車舒適性的系統裝置。目前商用車駕駛室懸置一般按照其支撐駕駛室的方式分為二類：半浮式和全浮式[2]。

半浮式駕駛室懸置方式為前懸置采用橡膠固定支撐，后懸置采用彈簧作為減振元件。全浮式懸置方式為前懸置包括彈簧+減振器（或減振器內置的空氣彈簧）、后懸置包括彈簧+減振器（或減振器內置的空氣彈簧）等。

對于全浮式的駕駛室懸置系統，國內外商用車生產企業廣泛采用的組合方式有以下三種：

1）前后懸置均為筒式彈簧減振器;

2）前懸置采用彈簧，后懸置采用減振器內置的空氣彈簧;

3）前后懸置均采用減振器內置的空氣彈簧。

本測試車輛的駕駛室懸置采用2種不同結構的減振系統，即前后懸置均為彈簧減振系統、前后懸置均采用減振器內置的四氣囊減振系統。為保證試驗車輛條件一致性，將這2種不同結構的駕駛室懸置系統分別安裝在同一車輛進行道路測試。

2.2? ?模型驗證及優化

該車型原駕駛室懸置結構為四彈簧結構，為驗證模型準確性，選取普通路面60km/h腳步Z向仿真與試驗自功率譜密度函數曲線來進行驗證。

由圖2可發現，普通路面60km/h腳步Z向仿真與試驗曲線趨勢基本一致，該模型精度滿足要求。

為滿足用戶舒適度需求，將駕駛室懸置結構更改四氣囊駕駛室懸置結構，提出4種優化方案建立Adams仿真模型并對比分析每種方案的優化效果。

根據仿真優化結果和主觀評價效果，最終選擇方案1作為最終的四氣囊駕駛室懸置結構優化方案，并進行試驗驗證。

3? ? 平順性試驗

3.1? ?試驗目的和方案

商用車是一個復雜的振動系統，平順性的振源主要來自路面[3]。

平順性評價指標主要為加權加速度均方根值av。加權加速度均方根值是按其振動方向和人體對振動頻率的敏感程度進行加權計算得到的。其中av與人的主觀感覺間的關系見表3：

為研究不同結構駕駛室懸置對平順性的影響規律，測取了駕駛員座椅處的垂直、縱向、橫向和座椅靠背垂向、縱向及及腳部地板上的垂向的加速度時間歷程，其中采樣頻率為200Hz，試驗路面為普通公路和高速路面，車輛負載共計12t，普通公路車速為30～70km/h，高速路面為50～85km/h，每隔5km/h進行采樣。

3.2? ?試驗結果分析

本試驗采用加權加速度均方根值評價法[4]來評價振動對駕乘人員舒適度的影響。試驗車輛先后配置前后懸置為四彈簧減振系統、前后懸置為四空氣氣囊減振系統，分別在駕駛員座椅和座椅靠背及腳步處布置傳感器，運用數采記錄加速度響應的時間歷程，獲得該車輛在不同路面和不同車速上行駛時，測點的加速度響應（絕對值）。

3.2.1 不同懸置系統在普通公路對比結果

測試車輛分別在普通公路（等同B級路面）上以不同車速行駛時測得的加速度響應。其中表4為車輛配置為前后四彈簧的試驗車輛駕駛室測點的加權加速度均方根值，表5為車輛配置為前后四空氣氣囊駕駛室測點的加權加速度均方根值。

為便于比較，選取駕駛員總乘坐值作為平順性評價指標。圖1為普通公路（等同B級路面）駕駛室懸置四氣囊與四彈簧駕駛員總乘坐值比較。

由圖2可知，在普通公路30-40km/h時，四彈簧駕駛室懸置結構優于四氣囊懸置結構，在普通公路55-70km/h時，四氣囊駕駛室懸置結構優于四彈簧懸置結構。

3.2.2 不同懸置系統在高速路面對比結果

測試車輛分別在高速路面（等同A級路面）上以不同車速行駛時測得的加速度響應。其中表4為車輛配置為前后四彈簧的試驗車輛駕駛室測點的加權加速度均方根值，表6為車輛配置為前后四空氣氣囊減振器駕駛室測點的加權加速度均方根值。

為便于比較，選取駕駛員總乘坐值作為平順性評價指標。圖2為高速路面（等同A級路面）駕駛室懸置四氣囊與四彈簧駕駛員總乘坐值比較。

由圖3可知，在高速路面時，在50-85km/h四氣囊駕駛室懸置結構明顯優于四彈簧懸置結構。

3.2.3 不同車速下振動響應對比

為研究駕駛室不同結構懸置系統對車輛的加權加速度振動響應。通過實車試驗測得在普通公路（B級路面）和高速路面（A級路面）上行駛時的加速度響應值。根據文獻[5]可知，駕駛室腳步Z方向的振動響應較大反映汽車行駛的平順性，故主要對比研究該車輛在腳步Z方向上的加速度振動響應。

限于文章篇幅，本文只給出在普通公路（B級路面）上55km/h，60km/h，65km/h和在高速路面（A級路面）上以70km/h，75km/h行駛時，2種不同駕駛室懸置結構車輛在Z方向的自功率譜密度函數變化曲線。

從圖4-圖8可看出：在普通公路55km/h，60km/h，65km/h上四氣囊駕駛室懸置結構在低頻1-2Hz時腳步Z向自功率譜密度函數較優于四彈簧駕駛室懸置結構。在高速路面70km/h，75km/h上四氣囊駕駛室懸置結構在低頻1-2Hz時腳步Z向自功率譜密度函數較優于四彈簧駕駛室懸置結構.

4? ? 結論

本文通過對某商用車駕駛室采用不同結構懸置減振系統對車輛平順性影響進行對比試驗研究，結果表明：

（1）在普通公路（B級路面）上，30-40km/h時，四彈簧駕駛室懸置結構優于四氣囊懸置結構，在55-70km/h時，四氣囊駕駛室懸置結構優于四彈簧懸置結構。

（2）在高速路面（A級路面）上，在50-85km/h四氣囊駕駛室懸置結構明顯優于四彈簧懸置結構。

（3）懸置結構形式對該車輛平順性有較大影響，在不改變其它參數條件下，駕駛室四空氣氣囊懸置結構能有效提升平順性。

參考文獻：

[1]王磊. 重型牽引車駕駛室空氣懸置仿真與優化研究[D]. 合肥工業大學，2010.

[2]王偉. 商用車駕駛室懸置試驗與計算研究[D]. 華南理工大學，2013.

[3]吳繼輝，夏均忠，王靜，等. 駕駛室懸置結構對載貨汽車平順性的影響[J]. 軍事交通學院學報，2016，18（01）：39-42.

[4]龐輝，李紅艷，方宗德，等. 駕駛室懸置系統對重型車輛平順性影響的試驗研究[J]. 汽車技術，2010（11）：52-56.

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