伏建博

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某重型卡車的駕駛室懸置結(jié)構(gòu)優(yōu)化和應(yīng)用

伏建博

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

針對一款重型卡車全浮式駕駛室懸置存在的問題，通過ADAMS建立駕駛室懸置系統(tǒng)的多體動力學(xué)模型進行分析優(yōu)化，以及通過輕量化設(shè)計，配置空氣彈簧，提升駕駛室的乘坐舒適性。

駕駛室懸置；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；輕量化；ADAMS

Abstract:The problems existing in the Full floating suspension of heavy truck cab, Cab suspension system was established through Adams multi-body dynamics model for optimization analysis, And through the lightweight design, Configuration of air spring, Improve cab ride comfort.

Keywords: cab suspension; structure optimization; light weight; ADAMS

CLC NO.: U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-31-03

前言

全浮式懸置系統(tǒng)通過適當(dāng)增大駕駛室在車輛垂直方向上的運動行程，使懸置彈簧和減振器得以充分緩沖并衰減車架上端的振動。目前國外如奔馳、斯科尼亞、曼公司等60%以上中重型貨車均采用駕駛室全浮式懸置，近幾年國內(nèi)駕駛室全浮式懸置在中重卡貨車上的使用也逐漸增多，全浮式懸置已經(jīng)成為中重型貨車的產(chǎn)品特性之一，并逐漸取代橡膠懸置成為商用車的標準配置。某公司重型卡車同樣使用的是全浮式駕駛室懸置結(jié)構(gòu)（如圖1），但存在以下幾個問題：

1）前懸的整體強度較弱，局部強度不滿足駕駛室正碰的法規(guī)要求；

2）平臺老化，整體減振效果差；

3）升級為全浮式四氣囊懸置困難，懸置運動行程小、無法很好的吸收路面的不平激勵。

圖1 原全浮式懸置結(jié)構(gòu)簡圖

此次重型卡車駕駛室懸置結(jié)構(gòu)優(yōu)化和應(yīng)用以牽引車平臺車型為研究對象，通過對駕駛室懸置系統(tǒng)進行理論分析和計算，結(jié)合虛擬樣機技術(shù)（adamas動力學(xué)模型）進行深入的研究，從而提高駕駛室全浮式懸置系統(tǒng)的隔振性能，升級懸置配置，進一步提升車輛的性能和品位。

首先對原懸置導(dǎo)致舒適性差的原因和結(jié)構(gòu)強度局部薄弱處以及升級為全浮式四氣囊懸置的困難點進行統(tǒng)計分析，根據(jù)駕駛室地板、車架縱梁和周邊部件的布置特點，結(jié)合國內(nèi)重卡全浮式四氣囊懸置的主流結(jié)構(gòu)，選定一款適應(yīng)原牽引車平臺車型布置特點的懸置。功能部件和減振部件盡量借用現(xiàn)有的成熟部件，結(jié)構(gòu)部件根據(jù)車型安裝結(jié)構(gòu)特點做正向設(shè)計，基于虛擬樣機技術(shù)（adamas動力學(xué)模型）來保證懸置系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)強度和整體性能。根據(jù)的產(chǎn)品開發(fā)流程，完成數(shù)據(jù)凍結(jié)、樣件開模、裝車驗證、零部件臺架試驗和懸置系統(tǒng)的舒適性調(diào)校，完成基于整車的道路的耐久可靠性試驗，最終進行固化量產(chǎn)。

1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化和應(yīng)用技術(shù)方案

對原牽引車平臺駕駛室底部及底盤的布置空間結(jié)構(gòu)搭接特點進行研究，對全浮式四氣囊懸置結(jié)構(gòu)進行可行性分析；

收集駕駛室總成的動力學(xué)參數(shù)（質(zhì)量、質(zhì)心、轉(zhuǎn)動慣量）、駕駛室允許的上下跳動距離、駕駛室翻轉(zhuǎn)角度等；

根據(jù)駕駛室、力學(xué)原件和橫向穩(wěn)定桿的動力學(xué)參數(shù)建立懸置系統(tǒng)的多體動力學(xué)模型；

對駕駛室懸置系統(tǒng)進行垂直±3.5g,側(cè)傾1g,俯仰1g三種極限工況的分析和駕駛室翻轉(zhuǎn)功能的校核和運動干涉分析及懸置系統(tǒng)固有頻率計算；

根據(jù)動力學(xué)模型提取的部件受力邊界進行 CAE有限元強度分析，指導(dǎo)部件結(jié)構(gòu)的輕量化；

數(shù)據(jù)凍結(jié)，試制裝車，完成四點懸置浮懸置系統(tǒng)的物理搭載；

從系統(tǒng)的臺架耐久性試驗和車輛道路可靠性試驗兩個維度對懸置系統(tǒng)的可靠性進行驗證；

車輛通過在試驗場現(xiàn)場確定減振部件的力學(xué)參數(shù)，為車輛提供最佳的阻尼減振方案；

生產(chǎn)線過線驗證，圖紙凍結(jié)下發(fā)量產(chǎn)。

2 優(yōu)化結(jié)構(gòu)產(chǎn)品及技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

①完成全浮式四氣囊式懸置全新平臺的搭建

根據(jù)此車型的結(jié)構(gòu)特點完成了一款適用于此車型的全浮式懸置結(jié)構(gòu)平臺產(chǎn)品的搭建（圖2），可擴展性強，可應(yīng)用于其他產(chǎn)品上。

圖2 新全浮式懸置結(jié)構(gòu)簡圖

②摸索出了一套懸置系統(tǒng)正向設(shè)計的參數(shù)表（表一），為后續(xù)車型的開發(fā)提供借鑒。

表1 駕駛室懸置設(shè)計輸入?yún)?shù)列表（例）

③結(jié)構(gòu)部件的輕量化設(shè)計,效果顯著：

基于CAE的強度分析，對結(jié)構(gòu)部件進行輕量化設(shè)計，通過優(yōu)化設(shè)計，單套系統(tǒng)實現(xiàn)減重7.6kg（表二），效果顯著。

表2 結(jié)構(gòu)部件減重優(yōu)化對照表

④基于虛擬樣機技術(shù)的系統(tǒng)正向設(shè)計：

通過在在 adamas虛擬樣機中建立駕駛室懸置系統(tǒng)的動力學(xué)模型（圖3），對懸置系統(tǒng)各個極限工況下的強度進行分析，為機構(gòu)部件的正向結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)。

圖3 駕駛室懸置系統(tǒng)動力學(xué)模型

同時對懸置系統(tǒng)的側(cè)傾（圖4）和俯仰（圖5）性能進行仿真，為力學(xué)元件的參數(shù)設(shè)定提供系統(tǒng)平臺。

圖4 駕駛室俯仰性能仿真

圖5 駕駛室側(cè)傾性能仿真

⑤擴口式內(nèi)隨動舉升缸在全浮式懸置上的應(yīng)用：

首次在全浮式懸置系統(tǒng)中匹配擴口式內(nèi)隨動舉升缸（圖6）。為后期實現(xiàn)駕駛室大角度翻轉(zhuǎn)提供儲備，擴口式內(nèi)隨動舉升缸相比于雙油管內(nèi)隨動舉升缸技術(shù)更加成熟，是目前國內(nèi)重卡的主流結(jié)構(gòu)。

圖6 擴口式內(nèi)隨動舉升結(jié)構(gòu)

⑥首次對駕駛室的翻轉(zhuǎn)軌跡進行系統(tǒng)分析：

通過駕駛室懸置系統(tǒng)的adamas動力學(xué)舉升模型（圖7），對駕駛室和懸置系統(tǒng)翻轉(zhuǎn)過程中的軌跡進行分析（圖 8），避免翻轉(zhuǎn)過程中和周邊部件干涉，降低開發(fā)風(fēng)險，縮短開發(fā)周期。

圖7 駕駛室懸置系統(tǒng)舉升工況仿真

圖8 駕駛室質(zhì)心隨翻轉(zhuǎn)角度的變化關(guān)系曲線

⑦乘坐舒適性的大幅提升

通過對全浮式四氣囊駕駛室懸置系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)校匹配，通過氣囊較低的固有頻率和減振阻尼的現(xiàn)場匹配大大提升了駕駛室的乘坐舒適性。

3 國內(nèi)外同類技術(shù)的綜合比較

此駕駛室懸置結(jié)構(gòu)優(yōu)化與應(yīng)用是基于客戶需求，對現(xiàn)有產(chǎn)品進行技術(shù)升級，運用正向開發(fā)流程開發(fā)而成，開發(fā)過程使用虛擬樣機技術(shù)來降低開發(fā)風(fēng)險，縮短開發(fā)周期，同時對整車進行舒適性調(diào)校，尋找最優(yōu)的阻尼減振方案，其研究成果在國內(nèi)已經(jīng)處于行業(yè)先進水平。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化產(chǎn)品的批量成功應(yīng)用對某公司重型卡車具有重大意義：

①改善駕駛室的乘坐舒適性，降低懸置點的動載荷，提高駕駛室的結(jié)構(gòu)疲勞性壽命；

②改善駕駛室懸置系統(tǒng)局部結(jié)構(gòu)薄弱處，提高駕駛室碰撞安全性。

以奔馳和斯科尼亞為代表的商用車一直非常重視駕駛室駕駛室懸置系統(tǒng)的舒適性，其代表當(dāng)今最先進的水平，成為同行業(yè)的標桿。

福田、重汽、陜汽、一汽等重卡駕駛室都采用全浮式四氣囊駕駛室懸置結(jié)構(gòu)，通過對競品全浮式全氣囊懸置結(jié)構(gòu)車型對比，主觀舒適性評價相當(dāng)，部分路況要優(yōu)于競品車型。此次全浮式四氣囊駕駛室懸置結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)性能處于行業(yè)先進水平。

4 實施效果

通過前期的仿真計算保證懸置系統(tǒng)的強度和性能達標，進行產(chǎn)品數(shù)據(jù)的凍結(jié)，生產(chǎn)出符合設(shè)計要求的懸置系統(tǒng)，進行整車搭載，對懸置系統(tǒng)在各個速度段下的隔振性能進行測試，用加速度傳感器測得懸置被動端的加速度，如表三所示。

表3 全浮式四氣囊懸置系統(tǒng)主被動端加速度

5 結(jié)束語

通過對全浮式懸置系統(tǒng)的全新設(shè)計和優(yōu)化匹配，使駕駛室懸置系統(tǒng)的隔振水平明顯提升，降低懸置點的動載荷，提高駕駛室的疲勞壽命，同時解決了老平臺前懸置局部強度不足的問題，提高了駕駛室的碰撞安全性。目前此款全浮式氣氣囊懸置系統(tǒng)已應(yīng)用于公司某款量產(chǎn)牽引車上。

A heavy truck cab suspension structure optimization and the application

Fu Jianbo
( Anhui Jianghuai automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

U463.8 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)18-31-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.012

伏建博，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。