寬體自卸車前懸架隔振對比試驗研究

吳冬濤，王超，程文博

（陜西同力重工股份有限公司，陜西 咸陽 712000）

汽車行駛時，由路面不平以及發動機、傳動系和車輪等旋轉部件激發汽車的振動。通常，路面不平是汽車振動的基本輸入，其振動頻率范圍約為0.5～25Hz。輪胎、懸架、駕駛室懸置、座椅組成了寬體自卸車四級減振系統，其中懸架為四級減振系統中較重要的一級，懸架偏頻決定了整個簧載質量的共振頻率，如果懸架隔振效果不佳，會導致整車行駛平順性及駕乘人員乘坐舒適性變差。本文先通過車身與車輪兩個自由度振動系統理論計算鋼板彈簧前懸架，油氣前懸架的車輪和車身固有頻率，然后進行了實際礦區道路行駛對比試驗，驗證了理論計算的正確性；并找出了寬體自卸車空載舒適性不佳的原因，為減小整車振動及提高駕乘人員乘坐舒適性提供了參考依據。

本次試驗路面為典型礦區工程便道，土質路面，路面坑洼，路況較為惡劣。試驗車為6×4寬體自卸車，整備自重約30000kg，額定滿載下約90000kg。兩臺試驗車除前懸架結構不一樣外，其他配置均一樣，一臺車前懸架承載元件為滑板式鋼板彈簧，另一臺車為單氣室油氣彈簧。為保證對比數據準確性，試驗在礦區同一路段上進行，兩臺車輪胎氣壓保持一致。兩臺車最高車速都為40km/h，試驗車速取10km/h、20km/h和30km/h三個常用車速，測試時要求每個速度下穩定運行超過60s，為保證數據準確性，每個車速下測試3～5次。本次試驗主要為了反映前懸架振動特性，測取了前橋和前橋正上方車架X、Y、Z三個方向的振動加速度，因為測試主要針對低頻率段，采樣頻率設定為1000Hz。本次試驗采用4個三軸傳感器，通過磁座和膠水固定在前橋和車架兩側，左側布置點位如圖1所示。

圖1 車橋、車架左側傳感器布置

在整車懸掛質量分配系數接近1時，認為前后懸架的垂直振動幾乎獨立，前懸架車身與車輪兩個自由度振動系統模型如圖2所示。前懸架參數如表1。

表1 前懸架參數

圖2 車身與車輪兩個自由度振動系統

1 試驗方法和測量系統

忽略懸架阻尼，車輪部分固有頻率：

車身部分固有頻率：

經過計算，鋼板彈簧前懸架車輪部分固有頻率約7.8Hz，車身部分固有頻率約2.5Hz；油氣前懸架車輪部分固有頻率約6.8Hz，車身部分固有頻率約1.7Hz。

2 試驗結果與分析

考慮到Z向振動最大，圖3、圖4分別為鋼板彈簧懸架和油氣懸架兩種車型在空載車速30km/h時車橋和車架的Z向振動信號時域波形圖，為消除發動機高頻振動對測試結果的影響，對采集信號進行1～100Hz帶通濾波。

圖3 前橋（上）車架（下）Z向加速度時域

圖4 前橋（上）車架（下）Z向加速度時域圖

對兩種車型在同一路段下進行了不同行駛速度試驗，每個穩定速度下測試5次求平均，加速度均方根值如表2所示。

表2 懸架隔振前后加速度均方根值

根據以上時域數據分析，鋼板彈簧懸架能起到一定的隔振作用，但隔振效果明顯差于油氣懸架，在相等的振動激勵下，油氣懸架隔振后的加速度均方根值約為鋼板彈簧懸架的50%。不管是鋼板彈簧懸架還是油氣懸架，在低速行駛時，懸架隔振效果較差，尤其是鋼板彈簧懸架；隨著車速的升高，懸架隔振效果越來越明顯。

圖5 為鋼板彈簧懸架試驗車車橋和車架振動信號頻譜圖，路面激勵能量主要集中在0～20Hz低頻段，其他頻率段的能量基本上可忽略不計。前橋振動峰值頻率7.8Hz，對應非簧載固有頻率，車架振動峰值頻率2.6Hz，對應簧載固有頻率。前橋上的振動經過懸架隔振以后大于4Hz的振動被衰減，車架除了在2.6Hz存在最大峰值外，其他頻率下也存在明顯峰值。

圖5 前橋（左）車架（右）振動加速度頻譜圖

圖6 為油氣懸架試驗車車橋和車架振動信號頻譜圖，前橋振動峰值頻率7.0Hz，對應非簧載固有頻率，車架振動峰值頻率1.7Hz，對應簧載固有頻率。對比頻域分析，油氣懸架和鋼板彈簧懸架明顯區別在于，前橋頻譜上不存在簧載頻率下對應的較大峰值，車輪與懸架振動獨立性更強；車架上大于3Hz在振動明顯被衰減，且無明顯峰值，油氣懸架隔振效果明顯優于鋼板彈簧懸架。

圖6 前橋（左）車架（右）振動加速度頻譜圖

3 結語

通過以上測試分析，可得到以下結論：

（1）寬體自卸車承載元件設計時首先考慮滿足重載承載要求，空載鋼板彈簧剛度過大是導致寬體自卸車空載舒適性不佳的主要原因。

（2）鋼板彈簧懸架車輪與懸架的耦合性明顯強于油氣懸架，對懸架隔振產生了不利影響。

（3）在相等的振動激勵下，經過油氣懸架隔振后的車身加速度均方根值約為鋼板彈簧懸架的50%，可明顯提高整車行駛平順性及駕乘人員乘坐舒適性。