重型貨車駕駛室懸置參數(shù)的優(yōu)化與匹配分析

湯少巖

（1.山東理工大學(xué)，山東 淄博 255022 ；2.煙臺汽車工程職業(yè)學(xué)院，山東 煙臺 265500）

重型貨車駕駛室懸置參數(shù)的優(yōu)化與匹配分析

湯少巖1,2

（1.山東理工大學(xué)，山東 淄博 255022 ；2.煙臺汽車工程職業(yè)學(xué)院，山東 煙臺 265500）

重型貨車行駛的路況較差，而且大功率發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)較大，對駕駛員的乘坐舒適性造成很大影響。為了解決貨車駕駛室振動(dòng)較大的問題，提高駕駛室懸置系統(tǒng)的減振性能，文章在仿真軟件Simulink中建立了貨車駕駛室懸置系統(tǒng)模型，分析路面不平度對貨車駕駛室造成的影響，并利用MATLAB優(yōu)化工具箱，對駕駛室懸置參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化匹配設(shè)計(jì)。優(yōu)化后，駕駛室內(nèi)座椅處垂直方向的加速度均方根值下降了13.74%，俯仰角加速度均方根值下降了12.37%。從優(yōu)化的結(jié)果來看，重型貨車駕駛室的懸置系統(tǒng)的減振性能有所提高，乘坐舒適性得到一定的改善。

貨車；駕駛室懸置；參數(shù)優(yōu)化；乘坐舒適性

CLC NO.: U461.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-190-03

前言

重型貨車是我國主要的交通運(yùn)輸工具之一，在國民經(jīng)濟(jì)中有著舉足輕重的地位。但是，對重型貨車的研究主要集中在燃油經(jīng)濟(jì)性以及其承載能力，乘坐舒適性較少得到車企以及市場的重視。而隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們生活水平的提高，駕駛?cè)藛T對工作的環(huán)境也要求越來越高。舒適的駕駛環(huán)境，能夠保證駕駛員的生理和心理感覺處于良好的水平，有利于提高貨車的駕駛安全性以及運(yùn)輸?shù)男省?/p>

影響貨車駕駛室乘坐舒適性的因素很多，例如駕駛室的平順性、車廂空調(diào)性能、駕駛座椅等，其中影響最大的即是平順性性能，而駕駛室的平順性主要取決于懸置系統(tǒng)的剛度和阻尼。本文則主要從優(yōu)化駕駛室懸置參數(shù)的角度去探討和研究改善乘坐舒適性的方法，然后通過MATLAB優(yōu)化工具箱重新優(yōu)化匹配了駕駛室懸置系統(tǒng)的參數(shù)，改善駕駛室的乘坐舒適性。

1、全浮式駕駛室懸掛系統(tǒng)

研究貨車駕駛室的平順性時(shí)，一般把系統(tǒng)簡化成集中質(zhì)量—彈簧—阻尼的模型，如圖1所示。貨車駕駛室懸置系統(tǒng)是一個(gè)多自由度的復(fù)雜系統(tǒng)，簡化后的駕駛室模型既能較為準(zhǔn)確的模擬質(zhì)心加速度和速度的變化，又能很好的模擬駕駛室繞其質(zhì)心軸的俯仰角加速度和角速度的變化，最大的優(yōu)勢就是結(jié)構(gòu)較為簡潔，通過駕駛室模型的仿真模型所得的結(jié)論，具有準(zhǔn)確性高、應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。

建立駕駛室的簡化模型時(shí)，我們作以下假設(shè)：

（1）駕駛室為剛體，考慮駕駛室側(cè)傾、俯仰振動(dòng)、垂直的影響，而不考慮其它的影響；

（2）駕駛室俯仰、側(cè)傾角不大的情況下，懸置質(zhì)量質(zhì)心的振動(dòng)很??；

（3）不考慮汽車動(dòng)力總成的影響因素。

圖1 全浮式駕駛室懸置系統(tǒng)模型

2、駕駛室懸置系統(tǒng)仿真模型的建立

駕駛室四個(gè)支撐點(diǎn)處的垂向位移的關(guān)系為：則駕駛室車身座椅處的垂向運(yùn)動(dòng)方程為：

駕駛室質(zhì)心處的俯仰運(yùn)動(dòng)方程為：

駕駛室側(cè)傾運(yùn)動(dòng)方程為：

根據(jù)方程1-7，在Simulink軟件中建立駕駛室的仿真模型，如圖2所示。

圖2 駕駛室懸置系統(tǒng)仿真模型

3、駕駛室懸置參數(shù)的優(yōu)化匹配

本文研究中所采用的某型貨車，主要使用的參數(shù)包括貨車駕駛室的質(zhì)量以及駕駛室懸置系統(tǒng)的螺旋彈簧的剛度和減振器的阻尼比，其主要參數(shù)如表1所示。

表1 某型貨車駕駛室主要性能參數(shù)

人體垂直方向上的加速度和車身俯仰角速度是衡量汽車平順性的主要指標(biāo)。此外，限位行程影響著懸置系統(tǒng)的動(dòng)撓度，必須合理匹配，如果不匹配，駕駛室和車架就會(huì)相撞，影響乘坐舒適性，平順性較差。在考察平順性過程中，要統(tǒng)計(jì)計(jì)算振動(dòng)模型三個(gè)參數(shù)，以利于評價(jià)和選擇懸掛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)。

汽車振動(dòng)分析的目的就是要降低車輛在行駛過程中的振動(dòng)，得到駕駛室懸置系統(tǒng)減振器的阻尼特性，以便能對懸置及減振器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得懸置系統(tǒng)達(dá)到最佳減振效果。從前面分析可知，對汽車平順性起決定性的因素是懸置剛度和阻尼。接來下我們將詳細(xì)探討最佳阻尼比和懸置剛度的組合，以使貨車駕駛室平順性達(dá)到最佳。

優(yōu)化的主要指標(biāo)是人體垂直加速度、俯仰角速度和懸掛動(dòng)撓度盡可能的小，因此取這三個(gè)量的均方根作為目標(biāo)函數(shù)的目標(biāo)值。對于貨車駕駛室，懸掛的靜撓度一般在140mm以內(nèi)，因此，懸掛的剛度必須達(dá)到這個(gè)要求范圍。此外，為了減少駕駛室和車架相撞，必須保證懸掛動(dòng)撓度的均方根值限定在要求的范圍內(nèi)。所以，將懸掛的撓度值作為優(yōu)化程序的約束函數(shù)。取優(yōu)化的初始值為[1，0.35]，變量分別是駕駛室的固有頻率和懸架的阻尼比，其范圍分別為[0，3]、[0.2，0.5]。

經(jīng)過MATLAB優(yōu)化工具箱優(yōu)化，前懸置剛度取為127.4 N*mm-1，后懸置剛度41.8 N*mm-1，前懸置減振器阻尼比為0.22，后懸置減振器阻尼比為0.28，優(yōu)化前后駕駛室垂直加速度和俯仰角速度曲線分別如圖3和圖4所示。

圖3 駕駛室垂直方向的加速度

圖4 駕駛室俯仰角速度的加速度

4、結(jié)論

駕駛室座椅處人體垂直加速度的均方根值優(yōu)化前是0.1879 m/s2，優(yōu)化后的垂直加速度均方根值為0.1628 m/s2，減少了13.74%；優(yōu)化前駕駛室俯仰角加速度為0.2668 rad/s2，優(yōu)化后俯仰角加速度為0.2328 rad/s2，減少了12.37%。

從圖3和圖4也可以看到，優(yōu)化后的垂直方向的加速度曲線和俯仰角加速度曲線均明顯的低于優(yōu)化前，優(yōu)化后的駕駛室垂直角加速度值和俯仰角加速度值均取得可觀的改善，這也就是說，車身傳遞到駕駛室的振動(dòng)經(jīng)過懸置系統(tǒng)，能量得到一定的衰減，駕駛室的懸置系統(tǒng)起到了較好的減振效果。對比原懸置匹配參數(shù)，新駕駛室在優(yōu)化后的參數(shù)組合下，減振效果較好，駕駛室的平順性得到有效的改善。

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Optimizing of Matching Analysis of Suspension Parameters of Truck

Tang Shaoyan1,2
( 1. Shandong University of Technology, Shandong Zibo 255022; 2. Yantai Automobile Engineering Professional College, Shandong Yantai 265500 )

The road condition of heavy trucks is poor and the vibration of high-power engine is serious, which has caused a great impact on the driver's ride comfort. .In order to solve the problem of large truck cabin vibration; improve the damping performance of cab suspension system, based on the simulation software Simulink in the truck cab suspension system model is established, the analysis of the effect of road roughness on truck cabin, and by using the MATLAB optimization toolbox, suspension parameters optimization matching of cab design. After optimization, the driving seat in the vertical direction of the acceleration root mean square value dropped by 13.74%, pitching Angle acceleration root mean square value dropped by 12.37%.From the perspective of the result of optimization, the heavy truck cab suspension vibration isolation performance of the system, some improved ride comfort.

Truck; Cab suspension; Parameter optimization; Vehicle ride comfort

U461.4

A

1671-7988 (2017)10-190-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.066

湯少巖，講師，就職于煙臺汽車工程職業(yè)學(xué)院，汽車制造工程系，研究方向：汽車懸架及懸置系統(tǒng)。