车身悬置布置及参数对乘坐舒适性的影响

曹 俊

（安徽省计量科学研究院，安徽 合肥 230051）

车身悬置布置及参数对乘坐舒适性的影响

曹 俊

（安徽省计量科学研究院，安徽 合肥 230051）

以某款卡车为研究样本，从几大的方面对影响乘坐舒适性的因素进行初步的分析，并逐步细化到车身悬置布置角度（悬置姿态）对车身NVH性能的影响的分析，从而了解车身悬置姿态对整车乘坐舒适性的影响，分析结果表明，通过改变悬置姿态来降低驾驶室的垂直和扭转振动是可行的。

车身悬置；布置姿态；乘坐舒适性

Abstract:Taking a truck as a research sample, the factors influencing the ride comfort are analyzed from several aspects, and the influence of the angle of the body suspension arrangement (suspension attitude) on the NVH performance of the vehicle body is analyzed step by step. The results show that it is feasible to reduce the vertical and torsional vibration of the cab by changing the attitude of the suspension to understand the influence of the vehicle body posture on the ride comfort of the vehicle.

Keywords: Body suspension; Layout posture; Ride comfort

CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-140-03

引言

随着汽车技术的不断发展和进步，商用车驾驶员对驾驶舒适性的要求越来越高，因此在汽车设计时，驾驶舒适性作为一项重要的指标进行评价。在不考虑路况等外界条件，汽车乘坐舒适性主要受：乘坐空间、坐姿、NVH性能、触碰舒适度（座椅、把手、方向盘、三踏板）、车内光线、车内气温、车内气味、音响性能等方面的影响。而整车 NVH性能影响因素可细分为发动机性能及悬置匹配、底盘及悬架性能、驾驶室模态和刚度、车身悬置设计匹配、隔音吸音材料性能、车身内部件安装配合牢固度等几大方面。其中车身悬置对NVH的影响主要受悬置安装位置、安装角度、动刚度以及阻尼参数等参数的影响，本文就从车身悬置的布置方面来分析车身悬置对驾驶室舒适性的影响。

1 悬置安装角度对汽车平顺性影响的分析

汽车驾驶室悬置是连接驾驶室和车架的机构件。对于这个机构件， 主要提出两个要求：

（1）减小从车架传至驾驶室的振动，为驾驶室司机和乘员提供舒适的乘坐条件。

（2）承受和减小车架的弯曲和扭曲运动，保证驾驶室及其总成的使用寿命。

为了满足以上的要求，在设计悬置时，不仅要考虑车架、驾驶室的振动特性，而且还应考虑到悬置的布置方式、悬置块的硬度等因素。对于汽车驾驶室，影响舒适性与驾驶室结构强度的主要因素为驾驶室的垂直振动和扭转振动。可以通过各种方法：如改变驾驶室的结构、改变车架的振型等措施减小驾驶室的振动。

1.1 驾驶室的运动方程

为简单起见， 首先假设驾驶室为刚体。然后再考虑驾驶室弹性变形的影响。

驾驶室悬置的参数为：前后悬置的刚度分别为K1、K2，阻尼分别为 C1、C2，两个前悬置点的距离为 2l3，两个后悬置点的距离为2l4。在汽车前进方向的垂直载面上，前后悬置与铅垂方向的夹角为 γ（见图 4)。四个悬置点接受的车架位移干扰分别为 ω11、ω12、ω21、ω22。再考虑到驾驶室本身的结构参数，质量M，质心高h，绕x轴惯性矩IX，绕Y轴惯性矩IY。我们可得到驾驶室的运动解析模型(见图5)。对于该模型，可以建立起驾驶室垂直运动z，扭转运动θ和弯曲运动φ的运动微分方程式(1)～(3)。

图1 前后悬置与铅垂方向夹角示意图

图2 运动解析模型图

1.2 γ角改变对驾驶室振动的影响分析

由驾驶室的运动方程式(1)～(3)可以看出．悬置块与垂直方向的夹角直接影响到驾驶室的垂直运动、扭转运动和弯曲运动。由于垂直运动和扭转运动对驾驶性能影响较大，所以下面我们仅分析．改变角度γ对垂直加速度和扭转角加速度的影响。

在式(1)中， 影响Z向运动加速度的主要因素为与Z、φ有关的项，即-2（K1+ K2）Z，-2（K1l1- K2l2）φ，-2（C1+ C2）Z 和-2（C1l1+ C2l2）等。相比较而言， 由车架在悬置点引起的微扰动对驾驶室的垂直运动影响较小． 当悬置支撑角γ变化时， 对驾驶室Z向运动有影响。当 <90°时，增大、cosγ减小， 则1／cosγ增大，从而引起与 、φ有关的项增大，起到抑制驾驶室垂直振动的作用。

在式(2)中，车架的微扰动是造成驾驶室扭转振动的主要原因。所以等项起主要作用应尽量减小。角运动加速度θ与γ的关系为：当0°≤γ≤45°时，γ增加，则（1-tgγ）减小，从而 减小。而当-45°≤γ≤0°。对， γ增加，则（1-tgγ）增大。从而 增大。由以上分析可知，当角取值范围为0°≤γ≤45°时，驾驶室的垂直和扭转振动都比较小。

2 试验方案

根据以上的理论分析， 同时考虑到工艺的简单性，设计了三种试验方案。

方案一为γ角等于0°的后悬布置方案，方案二为γ角效于0°的后悬布置方案，方案三为γ角大于0°的后悬布置方案．三种方案的结构示意图如图3-图5所示。

图3 方案一

图4 方案二

图5 方案三

3 实验结果及分析

对上述三种悬置布置方案，在一般砂石路上进行了驾驶室振动的道路试验．试验条件为：车箱空载， 驾驶室乘员3人，前轮气压为 0.39MPa，后轮气压为 0.48MPa，车速为30km/h匀速运动。在上述试验条件下，分别测量、记录驾驶室前后悬置上下的振动加速度信号，对所取信号进行时域和频域处理。

图6 不同悬置角度时驾驶室角振动谱图

表1 不同悬置布置方案时各测点振动统计结果 单位m／s2

三种悬置布置方案的振动加速度信号统计处理结果列于表1。三种悬置方案的振动传递率列于表2。三种悬置方案的驾驶室角振动谱图为图 9，相应的最大角加速度谱值列于表2。

表2 不同悬置布置方案时各悬置的振动传递率

表3 不同悬置布置方案时驾驶室最大角加速度谱比较

4 结论

（1）由图6可看出，振动谱峰值分布规律一致。可见试验可靠、结果可信。

（2）驾驶室悬置的综合隔振效果以第三方案最好。

（3）各方案中，第三方案峰值较低。

（4）加大角有利于限制驾驶室角振动，但具体实施比较困难。

（5）改变悬置姿态来降低驾驶室的振动仅仅是许多措施中的一种．进一步的工作可考虑改变悬置块的刚度、阻尼、驾驶室的模态等。

（6）本文综述了对乘坐舒适性有较大影响的车辆性能因素，并逐步具体到车身悬置布置姿态对整车 NVH的影响进而了解其对整车乘坐舒适性中的作用，为提高整车乘坐舒适性提供参考。

[1] 刘成译.重型载货车乘坐舒适性的计算机模拟分析.当代汽车,1988.6.

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The influence of the truck body suspension arrangement and parameters on ride comfort

Cao Jun
（Anhui Institute of Metrology, Anhui Hefei 230051）

U467.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)18-140-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.048

曹俊，就职于安徽省计量科学研究院。