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        某卡車開發(fā)中關(guān)于平順性的設(shè)計(jì)分析與測(cè)試

        2018-05-18 07:40:31程光寶王慶生
        汽車實(shí)用技術(shù) 2018年7期
        關(guān)鍵詞:舒適性振動(dòng)設(shè)計(jì)

        程光寶,王慶生

        (安徽江淮汽集團(tuán)股份有限公司國際公司,安徽 合肥 230041)

        前言

        現(xiàn)代卡車的發(fā)展,對(duì)乘坐舒適性越來越高,除了滿足必要的載貨要求外,乘坐舒適性也是設(shè)計(jì)者要考慮的重要性能。但卡車不同于乘用車,受力情況較為復(fù)雜,舒適性和承載性難以兼得。設(shè)計(jì)時(shí)往往將前后軸分開考慮,后懸架系統(tǒng)為了滿足必要的承載性,設(shè)計(jì)時(shí)多在懸架的主板簧上方增加副板簧結(jié)構(gòu),而前軸主要承受駕駛室及乘員,無副加板簧,且為了增加舒適性,通常采用少片簧結(jié)構(gòu)。同時(shí),卡車發(fā)動(dòng)機(jī)布置在駕駛室下方,振動(dòng)系統(tǒng)顯得較為復(fù)雜,為了能夠達(dá)到駕乘人員必要的舒適性要求,設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮。

        本文論述車輛總質(zhì)量GVW為8.2T某卡車產(chǎn)品(以下稱目標(biāo)車輛),在開發(fā)過程乘坐舒適性的測(cè)試及設(shè)計(jì)整改過程分析。為了簡(jiǎn)化和有效測(cè)試目標(biāo)車輛的平順性要求,確定目標(biāo)車輛測(cè)試點(diǎn)為駕駛室主、副駕駛座椅支承面的加速度值,并換算成加權(quán)振級(jí)Lαw, 設(shè)計(jì)要求此振級(jí)值Lαw≤120dB。為了縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期,目標(biāo)車輛在借用基礎(chǔ)車型的振動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)。目標(biāo)車輛開發(fā)完工后,對(duì)上述位置的加速度進(jìn)行了測(cè)試,發(fā)現(xiàn)部分指標(biāo)不滿足設(shè)計(jì)要求,加權(quán)振級(jí)Lαw超出了120dB值,測(cè)試值如圖所示:

        圖1

        目標(biāo)車輛的加權(quán)振級(jí)超出了設(shè)計(jì)要求,同時(shí)根據(jù) GB/T4970關(guān)于汽車平順性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)加權(quán)振級(jí)在118dB<Lαw<124dB,屬于不舒服的范疇。因此,需要對(duì)車輛進(jìn)行振動(dòng)分析和必要的減振措施。

        1 分析及改進(jìn)措施

        分析策略:簡(jiǎn)化振動(dòng)模型,根據(jù)振動(dòng)運(yùn)動(dòng)公式找出影響車輛平順性的影響因素,進(jìn)行參數(shù)調(diào)整后進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定。

        在對(duì)目標(biāo)車型整改前,需充分分析目標(biāo)車型振動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),同時(shí)對(duì)同平臺(tái)其它車型的參數(shù)及平順性數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,最后對(duì)目標(biāo)車型的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新調(diào)整。目標(biāo)車輛軸距4150mm,乘坐舒適性可近似認(rèn)為前后懸架相互獨(dú)立,因此,為了簡(jiǎn)化和有效分析車輛振動(dòng)特性,僅考慮前懸架的振動(dòng)參數(shù)影響,將目標(biāo)車輛簡(jiǎn)化為前懸單質(zhì)量振動(dòng)模型,如圖所示,其中q為路面對(duì)整車輛的沖擊,z為人體和車身的垂直位移,m為汽車懸掛質(zhì)量,K代表懸架的剛度,C代表懸架減振器的阻力系數(shù)。

        圖2

        在分析目標(biāo)車輛模型時(shí),僅考察前懸部位的振動(dòng)參數(shù),而忽略后懸架的影響。根據(jù)汽車?yán)碚搶?duì)振動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程:

        該方程表明,人體受到的來自汽車的振動(dòng),是一個(gè)較為復(fù)雜的關(guān)系,同懸架的剛度K和減振阻力并不是一個(gè)線性的關(guān)系。根據(jù)汽車在平順性試驗(yàn)方法,在實(shí)際測(cè)試中,需對(duì)車輛的主要部件的固有頻率f0和懸架的阻尼比ξ進(jìn)行測(cè)試,找出問題點(diǎn)。其中固有頻率及阻尼的公式:

        通過以上對(duì)振動(dòng)模型的建立和振動(dòng)公式的分析,目標(biāo)車輛的懸掛質(zhì)量及車架等固有頻率是一定值,無法或不便更改,可以對(duì)目標(biāo)車輛的板簧剛度及懸架減振器的阻力比進(jìn)行調(diào)整。

        表1

        根據(jù)目標(biāo)車輛的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),車架部件固有頻率為17HZ,車輪固有頻率2.2Hz,板簧剛度230N/mm,懸架阻尼比為0.1。車架及車輪固有頻率處在合理的范圍內(nèi),但和阻尼比值過小,板簧剛度可以根據(jù)需要調(diào)整。因此,對(duì)目標(biāo)車輛減振參數(shù)進(jìn)行有目的的調(diào)整,將懸架剛板彈簧的剛度K由230N/mm調(diào)整為200N/mm,同時(shí)加大懸架減振器阻力,懸架阻尼比為ξ調(diào)整為0.25。

        調(diào)整后的目標(biāo)車輛結(jié)構(gòu)型式及主要減振參數(shù)如表1。

        將參數(shù)調(diào)整后的目標(biāo)車輛重新進(jìn)行實(shí)測(cè)和評(píng)價(jià),得到主、副駕駛室座椅支承面在不同車速下的三個(gè)自由度的加速度值(ax,ay,az),如附圖所示。

        圖3 目標(biāo)車輛的模底測(cè)試在時(shí)速20km/h時(shí)的加速度

        整改后,目標(biāo)車輛主、副駕駛室座椅支承面的振動(dòng)加速度得到明顯改善。根據(jù)試驗(yàn)方法中總加速度均方根值及等效均值的換算方法,將不同車速下的加速度值轉(zhuǎn)化為GB/T4970中定義的等效均值Leq。根據(jù)試驗(yàn)方法中總加速度均方根值及等效均值的換算方法:

        圖4 目標(biāo)車輛整改后等效均值

        通過以上對(duì)目標(biāo)車輛進(jìn)行改進(jìn)后,主、副駕駛座的舒適性,即等效的加權(quán)振級(jí)均值達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。

        2 總結(jié)

        本文是對(duì)目標(biāo)車輛的振動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化過程,分析中使用了常用和有效方法,對(duì)車輛進(jìn)行了簡(jiǎn)化和振動(dòng)參數(shù)調(diào)整。實(shí)際上,汽車是一個(gè)多質(zhì)量和復(fù)雜的振動(dòng)系統(tǒng),同時(shí)路況也是不規(guī)則的,但汽車的減振系統(tǒng)是有規(guī)則和不變的,類似以不變應(yīng)萬變的手段。隨著汽車減振的發(fā)展,很多新型的減振方法或措施得到應(yīng)用,如駕駛室減振座椅的開發(fā)應(yīng)用,新型剛板彈簧材料的開發(fā)應(yīng)用,獨(dú)立彈簧或空汽彈簧在卡車上的應(yīng)用等,使卡車在舒適性與承載性方面得到了較好的提升。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 余志生.汽車?yán)碚?[M]2009.

        [2] 胡海慶.機(jī)械振動(dòng)基礎(chǔ).[M]2013年.

        [3] 汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法[S].GB/T4970-2009.

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