屈亞洲 吳云兵 張鵬飛 應(yīng)宇汀

中汽研汽車檢驗中心（寧波）有限公司 浙江寧波 315336

載貨汽車作為公路運(yùn)輸行業(yè)主要貨運(yùn)車輛之一，因其承載質(zhì)量大、運(yùn)輸效率高等特點在高速物流運(yùn)輸中扮演著重要角色。但在其帶來便利的同時，也因行駛周期長且長期受路面沖擊作用，引起駕駛員疲勞，誘發(fā)交通安全事故的發(fā)生。雖然目前許多學(xué)者對與影響車輛的行駛平順性及乘坐舒適性直接相關(guān)的輪胎、懸架等主要減振部件進(jìn)行了研究[1-4]，但大多未考慮裝載量變化對駕駛室乘坐舒適性的影響。而車輛在實際行駛中，裝載質(zhì)量不同，在相同的路面激勵下，也會產(chǎn)生不同的振動，因此本文擬從時域和頻域兩個方面探究裝載質(zhì)量變化對駕駛室乘坐舒適性的影響。

1 振動系統(tǒng)建模

根據(jù)研究需要，在一定程度上對車輛主要振動部件進(jìn)行了簡化[5]，建立了包含駕駛室、車體、前后軸輪胎在內(nèi)的共五自由度1/2車輛振動模型，簡化后的模型如圖1所示。

圖1 載貨汽車簡化振動模型

圖2 隨機(jī)激勵路面位移

由此可以將上述五自由度半車模型的微分方程整理成如下狀態(tài)空間形式：

2 仿真分析

以某款車為研究對象，車輛空載和滿載參數(shù)如表1所示。隨著裝載量的逐漸增加，車身質(zhì)量、車身轉(zhuǎn)動慣量、前后懸架剛度以及后懸架阻尼系數(shù)等也會發(fā)生變化，因此為了探討裝載量變化對駕駛室舒適性的影響，假設(shè)裝載量是均勻分布放置在貨廂，且裝載量的變化呈線性增加，然后通過內(nèi)插來計算由裝載量變化而引起的參數(shù)變動，由此得到5種裝載量變化，并依次記為空負(fù)荷、1/4負(fù)荷、1/2負(fù)荷、3/4負(fù)荷、滿負(fù)荷。

表1 車輛空滿載參數(shù)

選擇B級路面Gq( n0)=64×10-6，速度u=40 km/h，仿真時長為10 s，對隨機(jī)激勵路面輸入進(jìn)行仿真分析，依次得到五種負(fù)荷下的駕駛室垂直加速度及駕駛室懸架動行程時域和功率譜密度曲線，如圖3～圖4所示。

圖3 駕駛室垂直加速度時域和功率譜密度曲線

圖4 駕駛室懸架動行程時域和功率譜密度曲線

從時域曲線來看，在不同負(fù)荷下，駕駛室垂直加速度和懸架動行程上下波動都高于空負(fù)荷；從功率譜密度曲線來看，駕駛室振動響應(yīng)量的功率譜密度波峰主要集中在1～2.5 Hz左右，避開了會引起人體器官共振的4～12.5 Hz，且隨著裝載量的增加，駕駛室垂直加速度和懸架動行程的功率譜波峰整體呈升高趨勢，但在3/4負(fù)荷下，功率譜密度波峰相較于其他負(fù)荷時有所降低。此外，隨著裝載量的增加，駕駛室的共振頻率降低，說明裝載量的增加加劇了駕駛室在低頻下的振動。

為了更清晰地說明裝載量變化對駕駛室乘坐舒適性的影響，這里給出了駕駛室垂直加速度和懸架動行程在不同負(fù)荷下的最大絕對值和均方根值曲線，如圖5～圖6所示。

圖5 駕駛室垂直加速度最大絕對值及均方根值曲線

圖6 駕駛室懸架動行程最大絕對值及均方根值曲線

如圖5所示,裝載量由空負(fù)荷增加到1/2負(fù)荷時，駕駛室垂直加速度最大絕對值和均方根值都逐漸增加，當(dāng)車輛裝載量達(dá)到3/4負(fù)荷時，駕駛室垂直加速度最大絕對值和均方根值又明顯低于1/2負(fù)荷和滿負(fù)荷。因此說明針對此款車型，裝載量為3/4負(fù)荷時在保證運(yùn)輸效率的同時，也有助于降低因路面沖擊而引起的駕駛室振動，提高車輛的乘坐舒適性。圖6為駕駛室懸架動行程最大絕對值及均方根值曲線，由圖中可知，隨著裝載比的增加，駕駛室懸架動行程整體呈上升趨勢，且在3/4負(fù)荷時，均方根值略小于1/2負(fù)荷和滿負(fù)荷。

3 結(jié)語

建立了載貨汽車五自由度平面振動力學(xué)模型,從時域和頻域兩個方面，仿真分析了空負(fù)荷、1/4負(fù)荷、1/2負(fù)荷、3/4負(fù)荷和滿負(fù)荷五種負(fù)荷變化對載貨汽車乘坐舒適性的影響。仿真結(jié)果如下:

a.從時域曲線來看，在不同負(fù)荷下，駕駛室垂直加速度和懸架動行程上下波動都高于空負(fù)荷；從頻域曲線來看，駕駛室振動響應(yīng)量的功率譜密度波峰主要集中在1～2.5 Hz左右，且隨著裝載量的增加，其功率譜波峰整體呈升高趨勢，但在3/4負(fù)荷下，相較于其他負(fù)荷時有所降低。此外，隨著裝載量的增加，駕駛室的共振頻率降低，說明裝載量的增加加劇了駕駛室在低頻下的振動。

b.裝載量由空負(fù)荷增加到1/2負(fù)荷時，駕駛室垂直加速度最大絕對值和均方根值都逐漸增加，然而當(dāng)裝載量達(dá)到3/4負(fù)荷時，駕駛室垂直加速度最大絕對值和均方根值又明顯低于1/2負(fù)荷和滿負(fù)荷。從駕駛室懸架動行程來看，隨著裝載比的增加，駕駛室懸架動行程最大絕對值和均方根值整體呈上升趨勢，且在3/4負(fù)荷時，均方根值略小于1/2負(fù)荷和滿負(fù)荷。因此說明裝載量為3/4負(fù)荷時在保證運(yùn)輸效率的同時，也有助于降低因路面沖擊而引起的駕駛室振動，提高車輛的乘坐舒適性。