莫榮博

（東風(fēng)柳州汽車(chē)有限公司，廣西 柳州545005）

0　引言

車(chē)輛平順性是指車(chē)輛在一般行駛速度范圍內(nèi)行駛時(shí)，因車(chē)輛在行駛過(guò)程中所產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊，使人感到不舒服、疲勞，甚至損害健康，或者使貨物損壞的性能。車(chē)輛在行駛過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)降低車(chē)輛的使用壽命，增加車(chē)輛維護(hù)成本，也會(huì)影響人的身體健康和運(yùn)輸貨物的完整性，還會(huì)影響車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)性[1-2]。因此，車(chē)輛的平順性已經(jīng)成為現(xiàn)代運(yùn)輸車(chē)輛的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。近年來(lái)，隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展以及人們生活水平的提高，對(duì)車(chē)輛乘坐舒適性的要求越來(lái)越高，因此，高品質(zhì)的載貨汽車(chē)已成為一種發(fā)展趨勢(shì)，使得車(chē)輛的平順性成為汽車(chē)制造廠商重點(diǎn)關(guān)注的主要性能指標(biāo)之一。所以，提高載貨汽車(chē)的平順性，提升其乘坐舒適性和整車(chē)性能，對(duì)增強(qiáng)其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義[3-4]。

本文針對(duì)某型號(hào)載貨汽車(chē)在特定路面上行駛時(shí)平順性不達(dá)標(biāo)問(wèn)題進(jìn)行研究，建立了車(chē)架有限元模型，并對(duì)其進(jìn)行模態(tài)分析，提出了通過(guò)改變車(chē)架振動(dòng)模態(tài)的方法來(lái)解決該型號(hào)載貨汽車(chē)平順性問(wèn)題的方案，并對(duì)提出的方法進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證，有效改善了該型號(hào)載貨汽車(chē)的平順性。

1　車(chē)架有限元建模與分析

1.1　問(wèn)題分析

某型號(hào)載貨汽車(chē)在水泥路面上行駛時(shí)，其平順性不達(dá)標(biāo)，不能滿足客戶需求。通過(guò)采取底盤(pán)懸架和駕駛室懸置剛度、阻尼優(yōu)化等措施，該車(chē)型在水泥路面上行駛時(shí)，平順性改善不明顯，仍難以滿足客戶需求。通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，駕駛室前懸置處的加速度明顯大于駕駛室后懸置處的加速度，由此認(rèn)為，很可能是由于車(chē)架的柔性導(dǎo)致的車(chē)架彎曲變形導(dǎo)致這一結(jié)果，因此，決定對(duì)車(chē)架的振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行分析。

1.2車(chē)架有限元建模

車(chē)架是載貨汽車(chē)主要承載部件，其主要用于連接整車(chē)的各個(gè)子系統(tǒng)。載貨汽車(chē)車(chē)架一般比較長(zhǎng)，在實(shí)際運(yùn)動(dòng)中承受較大的扭轉(zhuǎn)和彎曲作用力，由于車(chē)架柔性較大，因此，容易產(chǎn)生比較明顯的變形，從而影響整車(chē)的動(dòng)力學(xué)特性以及平順性，所以對(duì)于分析車(chē)架柔性對(duì)載貨汽車(chē)行駛平順性的影響具有十分重要的意義[5-6]。

該載貨汽車(chē)的車(chē)架采用邊梁式車(chē)架，邊梁式車(chē)架是由兩根位于兩邊的縱梁和若干根橫梁通過(guò)鉚接或焊接而連成的構(gòu)架[7]。首先將車(chē)架三維實(shí)體模型導(dǎo)入有限元分析前處理軟件hyper mesh中，進(jìn)行車(chē)架的網(wǎng)格劃分以及各構(gòu)件的離散化處理，模型一共離散成3 401 406個(gè)單元，1 080 154個(gè)節(jié)點(diǎn)，生成車(chē)架有限元模型如圖1所示。車(chē)架的材料選用QStE420TM，力學(xué)屬性如表1示。

表1　車(chē)架材料特性參數(shù)

圖1　車(chē)架柔性體模型

考慮到載貨汽車(chē)在行駛時(shí)，各部件與車(chē)架之間相互作用，因此，在hyper mesh有限元軟件中將駕駛室、動(dòng)力總成、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、離合器、油箱、等以集中載荷的形式施加在其相對(duì)車(chē)架的重心位置上。模擬載貨汽車(chē)在行駛時(shí)，各部件對(duì)車(chē)架的作用力。車(chē)架所承載整車(chē)各零部件的重量如表2所示。

表2　載貨汽車(chē)各部件的基本參數(shù)

1.3　車(chē)架模態(tài)分析

利用hyper mesh對(duì)車(chē)架進(jìn)行模態(tài)分析，考慮到汽車(chē)平順性分析頻率的范圍主要是0.5～25 Hz[8]，取車(chē)架結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析前16階固有頻率和振型進(jìn)行研究。表3為車(chē)架結(jié)構(gòu)前16階的振型與固有頻率結(jié)果。

表3　車(chē)架結(jié)構(gòu)振型與固有頻率

車(chē)架的第3階彎曲模態(tài)振型如圖2所示。

圖2　第3階車(chē)架結(jié)構(gòu)模態(tài)振型（頻率=3.388Hz）

對(duì)車(chē)架的各階模態(tài)頻率及模態(tài)振型進(jìn)行分析，應(yīng)該是由于車(chē)架的第3階彎曲模態(tài)導(dǎo)致駕駛室平順性不理想。經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，該型號(hào)載貨汽車(chē)在水泥上行駛時(shí)，存在一個(gè)接近其3階彎曲模態(tài)頻率的激勵(lì)頻率。因此，該車(chē)型的平順性問(wèn)題應(yīng)該是由于車(chē)架模態(tài)振動(dòng)導(dǎo)致的。

2　車(chē)架優(yōu)化方案

針對(duì)車(chē)架有限元模態(tài)分析，載貨汽車(chē)平順性差的原因主要是車(chē)架的彎曲模態(tài)頻率與路面激勵(lì)頻率接近導(dǎo)致的。因此，絕定對(duì)車(chē)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，改變其第3階彎曲模態(tài)頻率。經(jīng)過(guò)分析，決定采用通過(guò)改變車(chē)架材料彈性模量的方法直接改變車(chē)架結(jié)構(gòu)剛度來(lái)改變其模態(tài)振型及模態(tài)頻率。在hyper mesh中將原車(chē)架普通鋼材改為高強(qiáng)度鋼，材料的彈性模量由E=210 GPa提高為E=800 GPa進(jìn)行分析，其他結(jié)構(gòu)屬性不做修改，這樣可以分析車(chē)架結(jié)構(gòu)的剛度變化對(duì)車(chē)架的固有頻率的影響。

經(jīng)過(guò)實(shí)施以上優(yōu)化方案后，載貨汽車(chē)車(chē)架的固有頻率比較合理，避開(kāi)激勵(lì)頻率范圍，能夠有效改善該載貨汽車(chē)平順性。

3　結(jié)束語(yǔ)

車(chē)架的柔性對(duì)載貨汽車(chē)平順性影響非常大，本文采用hyper mesh有限元軟件對(duì)載貨汽車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模態(tài)分析。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，車(chē)架結(jié)構(gòu)振型存在彎曲和扭轉(zhuǎn)變形以及車(chē)架固有頻率與激勵(lì)頻率非常接近導(dǎo)致載貨汽車(chē)平順性差的原因之一。針對(duì)這一問(wèn)題，采取改變車(chē)架材料彈性模量的方法直接改變車(chē)架剛度；提高了車(chē)架結(jié)構(gòu)低階固有頻率，成功解決了載貨汽車(chē)平順性問(wèn)題。

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