鄧聚才 馮哲 劉夫云

（1.東風(fēng)柳州汽車有限公司商用車技術(shù)中心；2.桂林電子科技大學(xué)）

某載貨汽車振動(dòng)控制與平順性提升方法＊

鄧聚才1馮哲1劉夫云2

（1.東風(fēng)柳州汽車有限公司商用車技術(shù)中心；2.桂林電子科技大學(xué)）

針對(duì)某型號(hào)載貨汽車存在平順性超標(biāo)問(wèn)題，對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的振動(dòng)傳遞率及其穩(wěn)定性進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，該車型前橋懸架的振動(dòng)傳遞率偏大且不穩(wěn)定，駕駛室座椅的振動(dòng)傳遞率明顯偏大。通過(guò)仿真分析，提出提高前橋懸架低相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度段阻尼、使駕駛室座椅固有頻率偏離前橋懸架偏頻并合理設(shè)置座椅阻尼等平順性提升措施，有效改善了該車型的平順性。

1 前言

目前，國(guó)產(chǎn)載貨汽車的平順性和舒適性與國(guó)外先進(jìn)水平還存在一定差距，因此，提高平順性，從而提升載貨汽車舒適性和整車性能，對(duì)增強(qiáng)其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義[1～6]。本文針對(duì)某載貨汽車平順性指標(biāo)不能滿足客戶需求的問(wèn)題，對(duì)駕駛室座椅振動(dòng)傳遞率、前橋阻尼特性等影響駕駛室平順性的主要因素進(jìn)行了分析，提出改進(jìn)措施，有效提升了該載貨汽車的平順性。

2 影響平順性的因素及改進(jìn)措施

2.1 存在的問(wèn)題

某載貨汽車普遍存在平順性指標(biāo)難以滿足用戶需求的問(wèn)題。根據(jù)以往解決平順性問(wèn)題的方法和經(jīng)驗(yàn)，采取了發(fā)動(dòng)機(jī)懸置解耦優(yōu)化、前橋減振器阻尼比優(yōu)化、駕駛室懸置優(yōu)化等措施，平順性指標(biāo)在原有基礎(chǔ)上有所改善，但仍不能滿足客戶對(duì)平順性的要求。該車型除存在平順性指標(biāo)不達(dá)標(biāo)問(wèn)題外，還存在平順性不穩(wěn)定現(xiàn)象。該車型的同一輛車，在相同路面、不同時(shí)間、多次測(cè)試時(shí)的平順性結(jié)果存在不一致現(xiàn)象，有時(shí)甚至存在同一次測(cè)試，在平直高速路面行駛時(shí)不同時(shí)間段平順性測(cè)試結(jié)果不一致現(xiàn)象，如某路試車輛2次測(cè)試的平順性結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出，該載貨汽車在低速段平順性指標(biāo)明顯偏大，且存在較明顯的平順性不穩(wěn)定現(xiàn)象。

2.2 原因分析

對(duì)該載貨汽車在高速公路上進(jìn)行電測(cè)，利用測(cè)試結(jié)果對(duì)加速度傳遞路徑（如前橋簧下→車架→駕駛室地板→座椅，發(fā)動(dòng)機(jī)→車架→駕駛室地板→座椅）中不同位置減振器件的振動(dòng)傳遞特性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該車型前橋懸架存在隔振率偏低和隔振率不穩(wěn)定問(wèn)題，駕駛室駕駛員座椅存在隔振率較低等問(wèn)題。

2.2.1 前橋懸架問(wèn)題分析

針對(duì)前橋懸架振動(dòng)傳遞特性不穩(wěn)定現(xiàn)象，對(duì)前橋懸架振動(dòng)特性進(jìn)行三維譜分析，結(jié)果如圖2所示。

根據(jù)前橋懸架三維譜分析結(jié)果可以得出，前橋懸架存在減振特性不穩(wěn)定現(xiàn)象，且前橋懸架減振特性不穩(wěn)定是導(dǎo)致整車平順性不穩(wěn)定的主要原因。

對(duì)電測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理發(fā)現(xiàn)，該車型在高速路面行駛時(shí)，前橋減振器相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度很低，介于0.01～0.02 m/s之間。前橋懸架阻尼由前橋懸架減振器阻尼和前橋鋼板彈簧摩擦阻尼共同得到，而鋼板彈簧摩擦阻尼往往不是一個(gè)恒定值，是隨車輛行駛工況波動(dòng)的。通過(guò)以往平順性仿真可以得知，當(dāng)前橋阻尼值較小時(shí)，阻尼波動(dòng)，對(duì)車輛平順性影響較顯著。因此，分析很可能是由于減振器在低相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度段時(shí)的阻尼值偏小，使得前橋阻尼大小處于車輛平順性對(duì)前橋阻尼變化敏感區(qū)域，摩擦阻尼波動(dòng)導(dǎo)致前橋懸架振動(dòng)傳遞率不穩(wěn)定。

2.2.2 駕駛員座椅問(wèn)題分析

對(duì)駕駛室駕駛員座椅不同位置點(diǎn)的加速度信號(hào)進(jìn)行頻譜分析發(fā)現(xiàn)，在車輛行駛速度較低時(shí)，座椅導(dǎo)軌處的加速度峰值頻率和座椅的固有頻率接近，車輛行駛時(shí)速為35 km時(shí)座墊和座椅導(dǎo)軌的加速度頻譜曲線如圖3所示[7]。

對(duì)該座椅的振動(dòng)傳遞率進(jìn)行2次實(shí)際測(cè)量，得到座椅在不同頻率下的振動(dòng)傳遞率曲線如圖4所示。

由圖4可以看出，該車型座椅的固有頻率和平順性處于峰值時(shí)速段駕駛室座椅導(dǎo)軌處的振動(dòng)頻率接近，座椅振動(dòng)傳遞率大于1，座椅不僅不起減振作用，反而起振動(dòng)放大作用。因此，必須采取措施降低座椅在共振速度段的振動(dòng)傳遞率。

2.3 解決措施

通過(guò)對(duì)影響前橋懸架隔振率和駕駛員座椅隔振率的原因進(jìn)行分析，決定采取如下解決措施。

2.3.1 前橋減振器阻尼優(yōu)化

該車型在高速路面行駛時(shí)，前橋減振器工作在低相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度段，因此建立了分段線性的前橋懸架非線性阻尼模型如下：

式中，F(xiàn)fyzn為前橋懸架復(fù)原阻尼力；Fyszn為前橋懸架壓縮阻尼力；v為前橋懸架相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度；c1，c2，c3，c4，c5為前橋懸架復(fù)原阻尼力系數(shù)；c11，c21，c31，c41，c51為前橋懸架壓縮阻尼力系數(shù)。

利用Matlab Simulink建立了該載貨汽車整車振動(dòng)仿真模型，開(kāi)發(fā)了仿真優(yōu)化程序，仿真優(yōu)化程序運(yùn)行界面如圖5所示。

對(duì)前橋減振器分段線性阻尼進(jìn)行優(yōu)化并就載貨汽車平順性對(duì)前橋減振器阻尼變化的靈敏度進(jìn)行了仿真分析，得出如下2個(gè)結(jié)論：目前的前橋懸架在低相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度段的阻尼偏低，需要提高，特別是其壓縮阻尼大??；當(dāng)前橋懸架阻尼值較低時(shí)，車輛平順性對(duì)前橋懸架阻尼變化較敏感，當(dāng)前橋懸架阻尼達(dá)到一定值，如阻尼比大于0.4時(shí)，車輛平順性對(duì)前橋懸架阻尼變化不敏感。車輛平順性隨前橋懸架阻尼變化曲線如圖6所示。

根據(jù)仿真分析結(jié)果可以得出，提高前橋懸架低速段的阻尼，不僅可以改善車輛平順性，同時(shí)可以提高其平順性的穩(wěn)定性。由于前橋懸架鋼板彈簧摩擦阻尼調(diào)整難度較大，因此，要改善車輛的平順性及其穩(wěn)定性，有效且可操作的措施之一是提高前橋懸架減振器在低相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度段的阻尼，特別是其壓縮阻尼。

2.3.2 提高駕駛員座椅隔振率

針對(duì)座椅在低行駛速度段傳遞率偏高問(wèn)題，采取如下措施：利用Matlab simulink建立座椅仿真模型，開(kāi)發(fā)座椅剛度與阻尼仿真優(yōu)化程序，對(duì)座椅剛度、阻尼參數(shù)進(jìn)行仿真優(yōu)化，合理匹配座椅剛度和阻尼參數(shù)。經(jīng)優(yōu)化改進(jìn)后進(jìn)行的3次新座椅振動(dòng)傳遞率實(shí)際測(cè)量結(jié)果如圖7所示。

由圖7可以看出，改進(jìn)后座椅在低頻段的振動(dòng)傳遞率較原有座椅明顯降低，最大傳遞率從1.5降低至低于0.7，改進(jìn)后座椅在低頻段具有良好的減振作用。

2.4應(yīng)用驗(yàn)證

根據(jù)上述分析和優(yōu)化結(jié)果，對(duì)前橋減振器阻尼參數(shù)和駕駛室座椅剛度、阻尼參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。以往的前橋減振器設(shè)計(jì)，只關(guān)注相對(duì)速度0.052 m/s以上的阻尼大小，而重新設(shè)計(jì)要求其在低相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度段（相對(duì)速度介于0.01～0.052 m/s之間）的阻尼比不低于0.25，加上鋼板彈簧摩擦阻尼，確保前橋懸架在低相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度段的總阻尼比不低于0.35。座椅剛度值設(shè)為25 kN/m，阻尼比設(shè)為1.05。按重新設(shè)計(jì)的剛度、阻尼參數(shù)試制前橋減振器和座椅，并裝車進(jìn)行路面電測(cè)試驗(yàn)，得到的改進(jìn)前、后平順性實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比情況如圖8所示。

由圖8可以看出，改進(jìn)后的車型不僅平順性得到明顯改善，低速段平順性峰值在原有基礎(chǔ)上降低40%以上，且穩(wěn)定性明顯改善。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)建立車輛振動(dòng)仿真模型并開(kāi)發(fā)仿真優(yōu)化程序，對(duì)分段線性的前橋懸架阻尼和車輛平順性隨前橋懸架阻尼變化的靈敏度進(jìn)行了仿真分析。在此基礎(chǔ)上，提出了提高前橋懸架低相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度段阻尼平順性及其穩(wěn)定性的改善措施。通過(guò)對(duì)整車加速度傳遞路徑進(jìn)行分析，針對(duì)座椅振動(dòng)傳遞率偏高問(wèn)題，提出了駕駛員座椅固有頻率錯(cuò)開(kāi)前橋懸架偏頻、合理設(shè)置座椅阻尼、降低座椅低頻振動(dòng)傳遞率的平順性改善措施。以某載貨汽車為例，對(duì)提出的方法和措施進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證，有效改善了該載貨汽車的平順性，對(duì)解決其他車型平順性問(wèn)題具有參考價(jià)值。

1徐陳夏.汽車平順性仿真分析與懸架參數(shù)優(yōu)化：[學(xué)位論文].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2009.

2E Courteille,L Leotoing，F(xiàn) Mortier,et al.New analytical method to evaluate the powerplant and chassis coupling in theimprovementvehicleNVH.EuropeanJournalof Mechanics A/Solids,（24）:929～94,2005.

3莊良飄.工程設(shè)計(jì)階段汽車平順性分析方法研究：[學(xué)位論文].廣州：華南理工大學(xué)，2010.

4馬天飛,王登峰,梁和平.利用MSC.Adams/Car建立轎車的剛彈耦合模型.計(jì)算機(jī)輔助工程，2006（15）:238～240.

5田曉峰，等.拖拉機(jī)駕駛座椅振動(dòng)舒適性研究現(xiàn)狀分析.農(nóng)機(jī)化研究，2010（9）:249～252.

6佐安康.重型商用車剛彈耦合系統(tǒng)的平順性研究：[學(xué)位論文].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2010.

7張守海.某載貨汽車的平順性分析與懸架系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)：[學(xué)位論文].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2010.

（責(zé)任編輯簾青）

修改稿收到日期為2014年2月1日。

Research on Improvement of Vibration Control and Ride Comfort of A Heavy Truck

Deng Jucai1,Feng Zhe1,Liu Fuyun2
（1.Commercial Vehicle Technology Center,Dongfeng Liuzhou Motor Co.,Ltd;2.Guilin University of Electronic Technology）

To address the problem that a type of heavy truck falls out of limit in the ride comfort,the main factors which influence the ride comfort are analyzed.It is found that the vibration transmissibility of front shock absorber is larger than normal value and not stable and the vibration transmissibility of cab seat is also larger than normal value. Based on simulation results,measures such as to improve the damping corresponding to the relatively low velocity of front axle suspension,to stagger the natural frequency of cab seat and the suspension frequency,and to set a reasonable damping value to cab seat,are taken.The ride comfort of the type heavy truck is effectively improved.

Heavy truck,Vibration transmissibility,Damping,Ride comfort

載貨汽車振動(dòng)傳遞率阻尼平順性

U461.4

：A

1000-3703（2014）03-0010-03

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51265006），廣西科技研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目（桂科攻1348005-11），廣西制造系統(tǒng)與先進(jìn)制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任課題（桂科能11-031-12_008），柳州市科技開(kāi)發(fā)項(xiàng)目（2013H020401）。