某重型卡車的駕駛室懸置結(jié)構(gòu)優(yōu)化和應(yīng)用

伏建博

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某重型卡車的駕駛室懸置結(jié)構(gòu)優(yōu)化和應(yīng)用

伏建博

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

針對(duì)一款重型卡車全浮式駕駛室懸置存在的問(wèn)題，通過(guò)ADAMS建立駕駛室懸置系統(tǒng)的多體動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行分析優(yōu)化，以及通過(guò)輕量化設(shè)計(jì)，配置空氣彈簧，提升駕駛室的乘坐舒適性。

駕駛室懸置；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；輕量化；ADAMS

Abstract:The problems existing in the Full floating suspension of heavy truck cab, Cab suspension system was established through Adams multi-body dynamics model for optimization analysis, And through the lightweight design, Configuration of air spring, Improve cab ride comfort.

Keywords: cab suspension; structure optimization; light weight; ADAMS

CLC NO.: U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-31-03

前言

全浮式懸置系統(tǒng)通過(guò)適當(dāng)增大駕駛室在車輛垂直方向上的運(yùn)動(dòng)行程，使懸置彈簧和減振器得以充分緩沖并衰減車架上端的振動(dòng)。目前國(guó)外如奔馳、斯科尼亞、曼公司等60%以上中重型貨車均采用駕駛室全浮式懸置，近幾年國(guó)內(nèi)駕駛室全浮式懸置在中重卡貨車上的使用也逐漸增多，全浮式懸置已經(jīng)成為中重型貨車的產(chǎn)品特性之一，并逐漸取代橡膠懸置成為商用車的標(biāo)準(zhǔn)配置。某公司重型卡車同樣使用的是全浮式駕駛室懸置結(jié)構(gòu)（如圖1），但存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

1）前懸的整體強(qiáng)度較弱，局部強(qiáng)度不滿足駕駛室正碰的法規(guī)要求；

2）平臺(tái)老化，整體減振效果差；

3）升級(jí)為全浮式四氣囊懸置困難，懸置運(yùn)動(dòng)行程小、無(wú)法很好的吸收路面的不平激勵(lì)。

圖1 原全浮式懸置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

此次重型卡車駕駛室懸置結(jié)構(gòu)優(yōu)化和應(yīng)用以牽引車平臺(tái)車型為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)駕駛室懸置系統(tǒng)進(jìn)行理論分析和計(jì)算，結(jié)合虛擬樣機(jī)技術(shù)（adamas動(dòng)力學(xué)模型）進(jìn)行深入的研究，從而提高駕駛室全浮式懸置系統(tǒng)的隔振性能，升級(jí)懸置配置，進(jìn)一步提升車輛的性能和品位。

首先對(duì)原懸置導(dǎo)致舒適性差的原因和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度局部薄弱處以及升級(jí)為全浮式四氣囊懸置的困難點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)駕駛室地板、車架縱梁和周邊部件的布置特點(diǎn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)重卡全浮式四氣囊懸置的主流結(jié)構(gòu)，選定一款適應(yīng)原牽引車平臺(tái)車型布置特點(diǎn)的懸置。功能部件和減振部件盡量借用現(xiàn)有的成熟部件，結(jié)構(gòu)部件根據(jù)車型安裝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)做正向設(shè)計(jì)，基于虛擬樣機(jī)技術(shù)（adamas動(dòng)力學(xué)模型）來(lái)保證懸置系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和整體性能。根據(jù)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程，完成數(shù)據(jù)凍結(jié)、樣件開(kāi)模、裝車驗(yàn)證、零部件臺(tái)架試驗(yàn)和懸置系統(tǒng)的舒適性調(diào)校，完成基于整車的道路的耐久可靠性試驗(yàn)，最終進(jìn)行固化量產(chǎn)。

1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化和應(yīng)用技術(shù)方案

對(duì)原牽引車平臺(tái)駕駛室底部及底盤的布置空間結(jié)構(gòu)搭接特點(diǎn)進(jìn)行研究，對(duì)全浮式四氣囊懸置結(jié)構(gòu)進(jìn)行可行性分析；

收集駕駛室總成的動(dòng)力學(xué)參數(shù)（質(zhì)量、質(zhì)心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）、駕駛室允許的上下跳動(dòng)距離、駕駛室翻轉(zhuǎn)角度等；

根據(jù)駕駛室、力學(xué)原件和橫向穩(wěn)定桿的動(dòng)力學(xué)參數(shù)建立懸置系統(tǒng)的多體動(dòng)力學(xué)模型；

對(duì)駕駛室懸置系統(tǒng)進(jìn)行垂直±3.5g,側(cè)傾1g,俯仰1g三種極限工況的分析和駕駛室翻轉(zhuǎn)功能的校核和運(yùn)動(dòng)干涉分析及懸置系統(tǒng)固有頻率計(jì)算；

根據(jù)動(dòng)力學(xué)模型提取的部件受力邊界進(jìn)行 CAE有限元強(qiáng)度分析，指導(dǎo)部件結(jié)構(gòu)的輕量化；

數(shù)據(jù)凍結(jié)，試制裝車，完成四點(diǎn)懸置浮懸置系統(tǒng)的物理搭載；

從系統(tǒng)的臺(tái)架耐久性試驗(yàn)和車輛道路可靠性試驗(yàn)兩個(gè)維度對(duì)懸置系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證；

車輛通過(guò)在試驗(yàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)確定減振部件的力學(xué)參數(shù)，為車輛提供最佳的阻尼減振方案；

生產(chǎn)線過(guò)線驗(yàn)證，圖紙凍結(jié)下發(fā)量產(chǎn)。

2 優(yōu)化結(jié)構(gòu)產(chǎn)品及技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

①完成全浮式四氣囊式懸置全新平臺(tái)的搭建

根據(jù)此車型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)完成了一款適用于此車型的全浮式懸置結(jié)構(gòu)平臺(tái)產(chǎn)品的搭建（圖2），可擴(kuò)展性強(qiáng)，可應(yīng)用于其他產(chǎn)品上。

圖2 新全浮式懸置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

②摸索出了一套懸置系統(tǒng)正向設(shè)計(jì)的參數(shù)表（表一），為后續(xù)車型的開(kāi)發(fā)提供借鑒。

表1 駕駛室懸置設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)列表（例）

③結(jié)構(gòu)部件的輕量化設(shè)計(jì),效果顯著：

基于CAE的強(qiáng)度分析，對(duì)結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，單套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)減重7.6kg（表二），效果顯著。

表2 結(jié)構(gòu)部件減重優(yōu)化對(duì)照表

④基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的系統(tǒng)正向設(shè)計(jì)：

通過(guò)在在 adamas虛擬樣機(jī)中建立駕駛室懸置系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型（圖3），對(duì)懸置系統(tǒng)各個(gè)極限工況下的強(qiáng)度進(jìn)行分析，為機(jī)構(gòu)部件的正向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

圖3 駕駛室懸置系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

同時(shí)對(duì)懸置系統(tǒng)的側(cè)傾（圖4）和俯仰（圖5）性能進(jìn)行仿真，為力學(xué)元件的參數(shù)設(shè)定提供系統(tǒng)平臺(tái)。

圖4 駕駛室俯仰性能仿真

圖5 駕駛室側(cè)傾性能仿真

⑤擴(kuò)口式內(nèi)隨動(dòng)舉升缸在全浮式懸置上的應(yīng)用：

首次在全浮式懸置系統(tǒng)中匹配擴(kuò)口式內(nèi)隨動(dòng)舉升缸（圖6）。為后期實(shí)現(xiàn)駕駛室大角度翻轉(zhuǎn)提供儲(chǔ)備，擴(kuò)口式內(nèi)隨動(dòng)舉升缸相比于雙油管內(nèi)隨動(dòng)舉升缸技術(shù)更加成熟，是目前國(guó)內(nèi)重卡的主流結(jié)構(gòu)。

圖6 擴(kuò)口式內(nèi)隨動(dòng)舉升結(jié)構(gòu)

⑥首次對(duì)駕駛室的翻轉(zhuǎn)軌跡進(jìn)行系統(tǒng)分析：

通過(guò)駕駛室懸置系統(tǒng)的adamas動(dòng)力學(xué)舉升模型（圖7），對(duì)駕駛室和懸置系統(tǒng)翻轉(zhuǎn)過(guò)程中的軌跡進(jìn)行分析（圖 8），避免翻轉(zhuǎn)過(guò)程中和周邊部件干涉，降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，縮短開(kāi)發(fā)周期。

圖7 駕駛室懸置系統(tǒng)舉升工況仿真

圖8 駕駛室質(zhì)心隨翻轉(zhuǎn)角度的變化關(guān)系曲線

⑦乘坐舒適性的大幅提升

通過(guò)對(duì)全浮式四氣囊駕駛室懸置系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和調(diào)校匹配，通過(guò)氣囊較低的固有頻率和減振阻尼的現(xiàn)場(chǎng)匹配大大提升了駕駛室的乘坐舒適性。

3 國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)的綜合比較

此駕駛室懸置結(jié)構(gòu)優(yōu)化與應(yīng)用是基于客戶需求，對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，運(yùn)用正向開(kāi)發(fā)流程開(kāi)發(fā)而成，開(kāi)發(fā)過(guò)程使用虛擬樣機(jī)技術(shù)來(lái)降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，縮短開(kāi)發(fā)周期，同時(shí)對(duì)整車進(jìn)行舒適性調(diào)校，尋找最優(yōu)的阻尼減振方案，其研究成果在國(guó)內(nèi)已經(jīng)處于行業(yè)先進(jìn)水平。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化產(chǎn)品的批量成功應(yīng)用對(duì)某公司重型卡車具有重大意義：

①改善駕駛室的乘坐舒適性，降低懸置點(diǎn)的動(dòng)載荷，提高駕駛室的結(jié)構(gòu)疲勞性壽命；

②改善駕駛室懸置系統(tǒng)局部結(jié)構(gòu)薄弱處，提高駕駛室碰撞安全性。

以奔馳和斯科尼亞為代表的商用車一直非常重視駕駛室駕駛室懸置系統(tǒng)的舒適性，其代表當(dāng)今最先進(jìn)的水平，成為同行業(yè)的標(biāo)桿。

福田、重汽、陜汽、一汽等重卡駕駛室都采用全浮式四氣囊駕駛室懸置結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)競(jìng)品全浮式全氣囊懸置結(jié)構(gòu)車型對(duì)比，主觀舒適性評(píng)價(jià)相當(dāng)，部分路況要優(yōu)于競(jìng)品車型。此次全浮式四氣囊駕駛室懸置結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)性能處于行業(yè)先進(jìn)水平。

4 實(shí)施效果

通過(guò)前期的仿真計(jì)算保證懸置系統(tǒng)的強(qiáng)度和性能達(dá)標(biāo)，進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)的凍結(jié)，生產(chǎn)出符合設(shè)計(jì)要求的懸置系統(tǒng)，進(jìn)行整車搭載，對(duì)懸置系統(tǒng)在各個(gè)速度段下的隔振性能進(jìn)行測(cè)試，用加速度傳感器測(cè)得懸置被動(dòng)端的加速度，如表三所示。

表3 全浮式四氣囊懸置系統(tǒng)主被動(dòng)端加速度

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)全浮式懸置系統(tǒng)的全新設(shè)計(jì)和優(yōu)化匹配，使駕駛室懸置系統(tǒng)的隔振水平明顯提升，降低懸置點(diǎn)的動(dòng)載荷，提高駕駛室的疲勞壽命，同時(shí)解決了老平臺(tái)前懸置局部強(qiáng)度不足的問(wèn)題，提高了駕駛室的碰撞安全性。目前此款全浮式氣氣囊懸置系統(tǒng)已應(yīng)用于公司某款量產(chǎn)牽引車上。

A heavy truck cab suspension structure optimization and the application

Fu Jianbo
( Anhui Jianghuai automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

U463.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)18-31-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.012

伏建博，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。