某卡车开发中关于平顺性的设计分析与测试

程光宝，王庆生

（安徽江淮汽集团股份有限公司国际公司，安徽 合肥 230041）

前言

现代卡车的发展，对乘坐舒适性越来越高，除了满足必要的载货要求外，乘坐舒适性也是设计者要考虑的重要性能。但卡车不同于乘用车，受力情况较为复杂，舒适性和承载性难以兼得。设计时往往将前后轴分开考虑，后悬架系统为了满足必要的承载性，设计时多在悬架的主板簧上方增加副板簧结构，而前轴主要承受驾驶室及乘员，无副加板簧，且为了增加舒适性，通常采用少片簧结构。同时，卡车发动机布置在驾驶室下方，振动系统显得较为复杂，为了能够达到驾乘人员必要的舒适性要求，设计时需要综合考虑。

本文论述车辆总质量GVW为8.2T某卡车产品(以下称目标车辆)，在开发过程乘坐舒适性的测试及设计整改过程分析。为了简化和有效测试目标车辆的平顺性要求，确定目标车辆测试点为驾驶室主、副驾驶座椅支承面的加速度值，并换算成加权振级Lαw, 设计要求此振级值Lαw≤120dB。为了缩短产品的开发周期，目标车辆在借用基础车型的振动系统的基础上进行设计和改进。目标车辆开发完工后，对上述位置的加速度进行了测试，发现部分指标不满足设计要求，加权振级Lαw超出了120dB值，测试值如图所示：

图1

目标车辆的加权振级超出了设计要求，同时根据 GB/T4970关于汽车平顺性评价标准，当加权振级在118dB＜Lαw＜124dB，属于不舒服的范畴。因此，需要对车辆进行振动分析和必要的减振措施。

1 分析及改进措施

分析策略：简化振动模型，根据振动运动公式找出影响车辆平顺性的影响因素，进行参数调整后进行试验测定。

在对目标车型整改前，需充分分析目标车型振动系统的结构特点，同时对同平台其它车型的参数及平顺性数据进行对比分析，最后对目标车型的数据进行重新调整。目标车辆轴距4150mm，乘坐舒适性可近似认为前后悬架相互独立，因此，为了简化和有效分析车辆振动特性，仅考虑前悬架的振动参数影响，将目标车辆简化为前悬单质量振动模型，如图所示，其中q为路面对整车辆的冲击，z为人体和车身的垂直位移，m为汽车悬挂质量，K代表悬架的刚度，C代表悬架减振器的阻力系数。

图2

在分析目标车辆模型时，仅考察前悬部位的振动参数，而忽略后悬架的影响。根据汽车理论对振动系统的运动方程：

该方程表明，人体受到的来自汽车的振动，是一个较为复杂的关系，同悬架的刚度K和减振阻力并不是一个线性的关系。根据汽车在平顺性试验方法，在实际测试中，需对车辆的主要部件的固有频率f0和悬架的阻尼比ξ进行测试，找出问题点。其中固有频率及阻尼的公式：

通过以上对振动模型的建立和振动公式的分析，目标车辆的悬挂质量及车架等固有频率是一定值，无法或不便更改，可以对目标车辆的板簧刚度及悬架减振器的阻力比进行调整。

表1

根据目标车辆的实测数据，车架部件固有频率为17HZ，车轮固有频率2.2Hz，板簧刚度230N/mm，悬架阻尼比为0.1。车架及车轮固有频率处在合理的范围内，但和阻尼比值过小，板簧刚度可以根据需要调整。因此，对目标车辆减振参数进行有目的的调整，将悬架刚板弹簧的刚度K由230N/mm调整为200N/mm，同时加大悬架减振器阻力，悬架阻尼比为ξ调整为0.25。

调整后的目标车辆结构型式及主要减振参数如表1。

将参数调整后的目标车辆重新进行实测和评价，得到主、副驾驶室座椅支承面在不同车速下的三个自由度的加速度值（ax,ay,az），如附图所示。

图3 目标车辆的模底测试在时速20km/h时的加速度

整改后，目标车辆主、副驾驶室座椅支承面的振动加速度得到明显改善。根据试验方法中总加速度均方根值及等效均值的换算方法，将不同车速下的加速度值转化为GB/T4970中定义的等效均值Leq。根据试验方法中总加速度均方根值及等效均值的换算方法：

图4 目标车辆整改后等效均值

通过以上对目标车辆进行改进后，主、副驾驶座的舒适性，即等效的加权振级均值达到了设计的要求。

2 总结

本文是对目标车辆的振动系统的设计优化过程，分析中使用了常用和有效方法，对车辆进行了简化和振动参数调整。实际上，汽车是一个多质量和复杂的振动系统，同时路况也是不规则的，但汽车的减振系统是有规则和不变的，类似以不变应万变的手段。随着汽车减振的发展，很多新型的减振方法或措施得到应用，如驾驶室减振座椅的开发应用，新型刚板弹簧材料的开发应用，独立弹簧或空汽弹簧在卡车上的应用等，使卡车在舒适性与承载性方面得到了较好的提升。

参考文献

[1] 余志生.汽车理论.[M]2009.

[2] 胡海庆.机械振动基础.[M]2013年.

[3] 汽车平顺性随机输入行驶试验方法[S].GB/T4970-2009.