陳 超， 方文華， 伊 黎， 彭友余

(中國(guó)北方車輛研究所，北京 100072)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，無(wú)論是基礎(chǔ)建設(shè)還是電商物流對(duì)重卡的需求都在持續(xù)增長(zhǎng)，同時(shí)新一代卡車司機(jī)對(duì)駕乘體驗(yàn)越來(lái)越重視，卡車的高智能化、高舒適性已成為未來(lái)卡車發(fā)展趨勢(shì).重卡一般采用底盤懸架和駕駛室懸置系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)進(jìn)行衰減，其中駕駛室懸置系統(tǒng)的減振性能對(duì)于駕駛舒適性來(lái)說(shuō)至關(guān)重要.因此，提高駕駛室懸置系統(tǒng)減振性能是提高駕駛員乘坐舒適性的有效手段.目前重卡駕駛室懸置系統(tǒng)都采用傳統(tǒng)的彈簧與減振器組合的被動(dòng)減振形式，減振系統(tǒng)參數(shù)確定后只能被動(dòng)地對(duì)傳遞來(lái)的振動(dòng)進(jìn)行響應(yīng)，不能適應(yīng)各種工況對(duì)減振系統(tǒng)的不同需求.國(guó)內(nèi)道路情況復(fù)雜，重卡行駛路面有高速、國(guó)道、省道甚至是非鋪裝路面，傳統(tǒng)的駕駛室懸置系統(tǒng)無(wú)法適應(yīng)重卡在復(fù)雜多變的工況下使用的需求.市場(chǎng)迫切需要具有參數(shù)調(diào)節(jié)功能的駕駛室懸置系統(tǒng)來(lái)保證車輛始終處于最佳減振狀態(tài)，提升車輛舒適性.

1 可調(diào)阻尼減振器的技術(shù)現(xiàn)狀

目前車輛使用的可調(diào)減振器主要分為磁流變減振器和電磁閥減振器兩種.電磁閥式可調(diào)阻尼減振器在乘用車上已有大量的商業(yè)化應(yīng)用，例如ZF Sachs公司的CDC(continuousdamping control)減振器，由于其成熟的技術(shù)和較高的性價(jià)比已在許多的中高端乘用車上的到大批量應(yīng)用.磁流變減振器雖然有更好的阻尼力控制范圍和更快的響應(yīng)速度，但由于其較高的技術(shù)難度和較高的成本，目前僅在部分國(guó)外部分軍車和高端乘用車上應(yīng)用.[1]

經(jīng)過(guò)調(diào)研，電磁閥減振器得益于廣闊的汽車后市場(chǎng)需求國(guó)內(nèi)已有許多廠家實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)；磁流變減振器由于磁流變液制備難度高、阻尼力控制難度大等問題，目前還未見國(guó)內(nèi)廠家批量應(yīng)用，磁流變減振器批量產(chǎn)品主要被Delphi等國(guó)外公司壟斷，產(chǎn)品價(jià)格高.本文基于國(guó)內(nèi)卡車市場(chǎng)需求研究可調(diào)阻尼減振器的應(yīng)用效果并希望最終能夠在駕駛室懸置產(chǎn)品中批量應(yīng)用，綜合國(guó)產(chǎn)化、成本等因素最終選用電磁閥減振器作為本文的研究對(duì)象.

2 可調(diào)阻尼減振器設(shè)計(jì)與參數(shù)調(diào)節(jié)方法

2.1 電磁閥式可調(diào)阻尼減振器原理

電磁閥式可調(diào)阻尼減振器是在傳統(tǒng)減振器的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)而來(lái)，通過(guò)在傳統(tǒng)減振器上添加一個(gè)中間缸和一個(gè)電磁閥，形成下圖1所示的電磁閥式可調(diào)阻尼減振器.中間缸固定在內(nèi)缸筒上，中間通過(guò)密封圈進(jìn)行密封，電磁閥固定在外缸筒上的一個(gè)閥座上.工作過(guò)程中，工作缸內(nèi)的油液通過(guò)內(nèi)缸筒上部的阻尼孔進(jìn)入中間缸，再通過(guò)電磁閥流回儲(chǔ)油缸筒中，通過(guò)改變電磁閥的通電電流，從而改變電磁閥內(nèi)可變節(jié)流孔的過(guò)流面積，使減振器達(dá)到節(jié)流的目的，實(shí)現(xiàn)減振器阻尼力的連續(xù)可調(diào)[2].

圖1 電磁閥式可調(diào)阻尼減振器結(jié)構(gòu)圖

可調(diào)阻尼減振器根據(jù)活塞運(yùn)行方向不同也可以分為壓縮和復(fù)原兩個(gè)過(guò)程，減振器復(fù)原和壓縮過(guò)程中的油液流向如下圖2所示.復(fù)原行程中，減振器活塞桿帶動(dòng)活塞向右運(yùn)動(dòng)，有桿腔油液被壓縮，油壓升高，有桿腔內(nèi)的油液可分為兩部分：一部分油液推開復(fù)原閥，進(jìn)入減振器無(wú)桿腔；另一部分油液經(jīng)過(guò)有桿腔上部的小孔流入中間缸，再由中間缸流入電磁閥.流入中間缸的油液經(jīng)過(guò)電磁閥的入口處的長(zhǎng)通孔進(jìn)入電磁閥，進(jìn)入電磁閥內(nèi)的油液也可以分成兩部分：一部分油液頂開壓蓋5，經(jīng)下端連通孔7流出；另一部分油液經(jīng)過(guò)閥片組6上的長(zhǎng)通孔，再通過(guò)壓蓋5上的長(zhǎng)通小孔流至先導(dǎo)閥的下端，流入先導(dǎo)閥內(nèi)的油液經(jīng)過(guò)先導(dǎo)閥內(nèi)的節(jié)流閥芯和壁面形成的可變節(jié)流孔，再由電磁閥連通孔3流出.兩部分的油液匯合后流至減振器儲(chǔ)油缸，儲(chǔ)油缸內(nèi)的油液通過(guò)底閥上的補(bǔ)償閥流至無(wú)桿腔進(jìn)行補(bǔ)償.

圖3 可調(diào)阻尼減振器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)

壓縮行程中，減振器活塞桿帶動(dòng)活塞向左運(yùn)動(dòng)，無(wú)桿腔內(nèi)的油液被壓縮，壓縮腔內(nèi)的油液可以分為兩部分：一部分油液經(jīng)過(guò)底閥上的壓縮閥流至減振器儲(chǔ)油缸筒；另一部分油液經(jīng)過(guò)活塞上的流通閥流至減振器有桿腔，再通過(guò)內(nèi)缸筒上端的小孔流至中間缸.流入中間缸的油液經(jīng)過(guò)電磁閥的入口處的長(zhǎng)通孔進(jìn)入電磁閥，進(jìn)入電磁閥內(nèi)的油液也可以分成兩部分：一部分油液頂開壓蓋5，經(jīng)下端連通孔7流出；另一部分油液經(jīng)過(guò)閥片組6上的長(zhǎng)通孔，再通過(guò)壓蓋5上的長(zhǎng)通小孔流至先導(dǎo)閥的下端，流入先導(dǎo)閥內(nèi)的油液經(jīng)過(guò)先導(dǎo)閥內(nèi)的節(jié)流閥芯和壁面形成的可變節(jié)流孔，再由電磁閥連通孔3流出.兩部分的油液匯合后流至減振器儲(chǔ)油缸.

2.2 可調(diào)阻尼減振器方案設(shè)計(jì)

2.2.1 減振器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文選擇了某批量生產(chǎn)的重卡作為可調(diào)阻尼減振器在駕駛室懸置上應(yīng)用的被試車輛，并根據(jù)被試車輛駕駛室懸置減振器的接口及邊界情況進(jìn)行了電磁閥可調(diào)阻尼減振器設(shè)計(jì).由于電磁閥減振器需要在原減振器基礎(chǔ)上增加中間缸，因此減振器外缸筒要較原減振器略大；同時(shí)由于需要在減振器上增加電磁閥的閥體結(jié)構(gòu)，為了避免和車身以及車輛別的部位干涉，對(duì)電磁閥的布置位置也進(jìn)行了合理設(shè)計(jì).

2.2.2 減振器阻尼力值選擇

基于駕駛室懸置系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)綜合考慮被試車輛車型、駕駛室質(zhì)量、質(zhì)心、前后懸置剛度等因素提出駕駛室前后懸置可調(diào)阻尼減振器的阻尼力值調(diào)節(jié)范圍.實(shí)際測(cè)試獲得的不同電流下的減振器速度特性曲線如圖4；從圖中可以看出，電磁閥式可調(diào)阻尼減振器在各個(gè)速度點(diǎn)下的阻尼調(diào)節(jié)范圍大約在40%～70%之間，能夠滿足駕駛室懸置系統(tǒng)中不同阻尼值對(duì)舒適性影響的研究.

圖4 不同電流下減振器速度特性曲線

結(jié)合測(cè)試需求和便利性對(duì)于前后懸減振器各選了四條速度特性曲線作為試驗(yàn)測(cè)試的被試阻尼力值如圖5所示，阻尼力值由大到小分別分為硬、較硬、較軟、軟四個(gè)檔位.

圖5 前后懸減振器各檔位下阻尼力值曲線

2.3 減振器參數(shù)調(diào)節(jié)方式

本文中阻尼力的調(diào)節(jié)分為了手動(dòng)模式和自動(dòng)模式兩種.

手動(dòng)模式是通過(guò)駕駛員手動(dòng)選擇操作界面上“硬”、“較硬”、“較軟”、“軟”四個(gè)檔位按鈕中的一個(gè)，控制器會(huì)根據(jù)選擇的按鈕向可調(diào)阻尼減振器的電磁閥輸出相應(yīng)阻尼力所需的電流，從而達(dá)到阻尼力調(diào)節(jié)的效果.擋位選擇后直到下次擋位選擇動(dòng)作執(zhí)行前，阻尼力不再變化.

自動(dòng)模式下控制器會(huì)對(duì)安裝在車架上的加速度傳感器Z向加速度在一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行均方根值計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的擋位切換閾值進(jìn)行比較，控制器自動(dòng)根據(jù)程序命令對(duì)阻尼力進(jìn)行切換.自動(dòng)模式下阻尼力也是在圖5所示的四個(gè)擋位中進(jìn)行切換.

3 整車平順性測(cè)試

3.1 被試車輛

為驗(yàn)證可調(diào)阻尼減振器在駕駛室懸置上應(yīng)用的效果，對(duì)被試車輛的四點(diǎn)全浮式駕駛室懸置系統(tǒng)換裝可調(diào)阻尼減振器，并在車架上布置了用于自動(dòng)模式下采集車輛振動(dòng)數(shù)據(jù)的加速度傳感器，如圖6所示，被試車輛型號(hào)及參數(shù)見表1.

表1 被試車輛技術(shù)狀態(tài)

圖6 可調(diào)阻尼減振器被試車輛

圖7 平順性測(cè)試-三個(gè)三項(xiàng)加速度傳感器布置位置

3.2 試驗(yàn)條件及評(píng)價(jià)方法

在襄陽(yáng)東風(fēng)汽車試驗(yàn)場(chǎng)高環(huán)路平直路段對(duì)被試車輛在不同車速不同檔位下車輛的振動(dòng)情況進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)GB/T4970-2009《汽車平順性試驗(yàn)方法》以總加權(quán)加速度均方根值對(duì)車輛舒適性進(jìn)行評(píng)價(jià)，總加權(quán)加速度均方根值越小說(shuō)明舒適性越好.[3]

由于人體對(duì)不同頻率振動(dòng)的敏感程度不同，又考慮到不同輸入點(diǎn)、不同軸向的振動(dòng)對(duì)人體影響的差異，GB/T4970-2009《汽車平順性試驗(yàn)方法》給出了基于椅面、靠背、腳三個(gè)位置的各軸向振動(dòng)的軸加權(quán)系數(shù)和頻率加權(quán)系數(shù)，據(jù)此能夠算出總加權(quán)加速度均方根值反應(yīng)出人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)即舒適性[4].

3.3 測(cè)試結(jié)果及分析

試驗(yàn)分別對(duì)手動(dòng)模式下硬、較硬、較軟、軟四個(gè)阻尼力值的檔位以及自動(dòng)模式共五個(gè)狀態(tài)別在30 km/h、40 km/h、50 km/h、60 km/h、70 km/h、80 km/h和90 km/h車速下車輛的振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，并分別計(jì)算出其總加權(quán)加速度均方根值并以此為舒適性評(píng)價(jià)的依據(jù)，結(jié)果如圖8：

圖8 不同車速各檔位下加權(quán)加速度均方根值

從圖8中可以看出，在不同車速下各檔位的總加權(quán)加速度均方根值在0.5到1之間.不同阻尼狀態(tài)下的車輛舒適性差別較大，特別是在低速段(<60 km/h)不同阻尼狀態(tài)之間的舒適性差距能達(dá)到40%～30%左右；在高速段(>60 km/h)不同阻尼狀態(tài)下的舒適性差距在10%～20%左右.四種預(yù)設(shè)的阻尼值并沒有明顯的哪個(gè)阻尼值在各車速下都有更好的舒適性；相較手動(dòng)模式在自動(dòng)模式下車輛具有更好的舒適性.

4 結(jié) 論

1)電磁閥式可調(diào)阻尼減振器在各個(gè)速度點(diǎn)下的阻尼調(diào)節(jié)范圍大約在40%～70%之間，能夠給滿足駕駛室懸置系統(tǒng)中不同阻尼值對(duì)舒適性影響的研究；

2)在試驗(yàn)場(chǎng)高環(huán)路平直路段，車速?gòu)?0 km/h到90 km/h，被試車輛的總加權(quán)加速度均方根值均在0.5～1之間；但不同車速、不同阻尼力下舒適性差距較大；

3)被試車輛在低速(<60 km/h)時(shí)舒適性受阻尼力影響較大，高速(>60 km/h)時(shí)舒適性受阻尼力影響較??；

4)并沒有那個(gè)阻尼力值能夠在不同車速下都具有最佳的舒適性；阻尼根據(jù)車輛振動(dòng)情況自動(dòng)調(diào)節(jié)在大多數(shù)情況下都能取得良好的舒適性效果.

本文只是對(duì)于可調(diào)阻尼減振器在駕駛室懸置系統(tǒng)上的應(yīng)用進(jìn)行了初步的嘗試，通過(guò)實(shí)車測(cè)試驗(yàn)證了可調(diào)阻尼減振器的應(yīng)用對(duì)車輛舒適性提升有較大的作用，合理的阻尼力控制算法能獲得較為理想的舒適性效果.