車身懸置布置及參數(shù)對(duì)乘坐舒適性的影響

曹 俊

（安徽省計(jì)量科學(xué)研究院，安徽 合肥 230051）

車身懸置布置及參數(shù)對(duì)乘坐舒適性的影響

曹 俊

（安徽省計(jì)量科學(xué)研究院，安徽 合肥 230051）

以某款卡車為研究樣本，從幾大的方面對(duì)影響乘坐舒適性的因素進(jìn)行初步的分析，并逐步細(xì)化到車身懸置布置角度（懸置姿態(tài)）對(duì)車身NVH性能的影響的分析，從而了解車身懸置姿態(tài)對(duì)整車乘坐舒適性的影響，分析結(jié)果表明，通過(guò)改變懸置姿態(tài)來(lái)降低駕駛室的垂直和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)是可行的。

車身懸置；布置姿態(tài)；乘坐舒適性

Abstract:Taking a truck as a research sample, the factors influencing the ride comfort are analyzed from several aspects, and the influence of the angle of the body suspension arrangement (suspension attitude) on the NVH performance of the vehicle body is analyzed step by step. The results show that it is feasible to reduce the vertical and torsional vibration of the cab by changing the attitude of the suspension to understand the influence of the vehicle body posture on the ride comfort of the vehicle.

Keywords: Body suspension; Layout posture; Ride comfort

CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-140-03

引言

隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，商用車駕駛員對(duì)駕駛舒適性的要求越來(lái)越高，因此在汽車設(shè)計(jì)時(shí)，駕駛舒適性作為一項(xiàng)重要的指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。在不考慮路況等外界條件，汽車乘坐舒適性主要受：乘坐空間、坐姿、NVH性能、觸碰舒適度（座椅、把手、方向盤、三踏板）、車內(nèi)光線、車內(nèi)氣溫、車內(nèi)氣味、音響性能等方面的影響。而整車 NVH性能影響因素可細(xì)分為發(fā)動(dòng)機(jī)性能及懸置匹配、底盤及懸架性能、駕駛室模態(tài)和剛度、車身懸置設(shè)計(jì)匹配、隔音吸音材料性能、車身內(nèi)部件安裝配合牢固度等幾大方面。其中車身懸置對(duì)NVH的影響主要受懸置安裝位置、安裝角度、動(dòng)剛度以及阻尼參數(shù)等參數(shù)的影響，本文就從車身懸置的布置方面來(lái)分析車身懸置對(duì)駕駛室舒適性的影響。

1 懸置安裝角度對(duì)汽車平順性影響的分析

汽車駕駛室懸置是連接駕駛室和車架的機(jī)構(gòu)件。對(duì)于這個(gè)機(jī)構(gòu)件， 主要提出兩個(gè)要求：

（1）減小從車架傳至駕駛室的振動(dòng)，為駕駛室司機(jī)和乘員提供舒適的乘坐條件。

（2）承受和減小車架的彎曲和扭曲運(yùn)動(dòng)，保證駕駛室及其總成的使用壽命。

為了滿足以上的要求，在設(shè)計(jì)懸置時(shí)，不僅要考慮車架、駕駛室的振動(dòng)特性，而且還應(yīng)考慮到懸置的布置方式、懸置塊的硬度等因素。對(duì)于汽車駕駛室，影響舒適性與駕駛室結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素為駕駛室的垂直振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)?？梢酝ㄟ^(guò)各種方法：如改變駕駛室的結(jié)構(gòu)、改變車架的振型等措施減小駕駛室的振動(dòng)。

1.1 駕駛室的運(yùn)動(dòng)方程

為簡(jiǎn)單起見， 首先假設(shè)駕駛室為剛體。然后再考慮駕駛室彈性變形的影響。

駕駛室懸置的參數(shù)為：前后懸置的剛度分別為K1、K2，阻尼分別為 C1、C2，兩個(gè)前懸置點(diǎn)的距離為 2l3，兩個(gè)后懸置點(diǎn)的距離為2l4。在汽車前進(jìn)方向的垂直載面上，前后懸置與鉛垂方向的夾角為 γ（見圖 4)。四個(gè)懸置點(diǎn)接受的車架位移干擾分別為 ω11、ω12、ω21、ω22。再考慮到駕駛室本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)，質(zhì)量M，質(zhì)心高h(yuǎn)，繞x軸慣性矩IX，繞Y軸慣性矩IY。我們可得到駕駛室的運(yùn)動(dòng)解析模型(見圖5)。對(duì)于該模型，可以建立起駕駛室垂直運(yùn)動(dòng)z，扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)θ和彎曲運(yùn)動(dòng)φ的運(yùn)動(dòng)微分方程式(1)～(3)。

圖1 前后懸置與鉛垂方向夾角示意圖

圖2 運(yùn)動(dòng)解析模型圖

1.2 γ角改變對(duì)駕駛室振動(dòng)的影響分析

由駕駛室的運(yùn)動(dòng)方程式(1)～(3)可以看出．懸置塊與垂直方向的夾角直接影響到駕駛室的垂直運(yùn)動(dòng)、扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和彎曲運(yùn)動(dòng)。由于垂直運(yùn)動(dòng)和扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)對(duì)駕駛性能影響較大，所以下面我們僅分析．改變角度γ對(duì)垂直加速度和扭轉(zhuǎn)角加速度的影響。

在式(1)中， 影響Z向運(yùn)動(dòng)加速度的主要因素為與Z、φ有關(guān)的項(xiàng)，即-2（K1+ K2）Z，-2（K1l1- K2l2）φ，-2（C1+ C2）Z 和-2（C1l1+ C2l2）等。相比較而言， 由車架在懸置點(diǎn)引起的微擾動(dòng)對(duì)駕駛室的垂直運(yùn)動(dòng)影響較?。?當(dāng)懸置支撐角γ變化時(shí)， 對(duì)駕駛室Z向運(yùn)動(dòng)有影響。當(dāng) <90°時(shí)，增大、cosγ減小， 則1／cosγ增大，從而引起與 、φ有關(guān)的項(xiàng)增大，起到抑制駕駛室垂直振動(dòng)的作用。

在式(2)中，車架的微擾動(dòng)是造成駕駛室扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的主要原因。所以等項(xiàng)起主要作用應(yīng)盡量減小。角運(yùn)動(dòng)加速度θ與γ的關(guān)系為：當(dāng)0°≤γ≤45°時(shí)，γ增加，則（1-tgγ）減小，從而 減小。而當(dāng)-45°≤γ≤0°。對(duì)， γ增加，則（1-tgγ）增大。從而 增大。由以上分析可知，當(dāng)角取值范圍為0°≤γ≤45°時(shí)，駕駛室的垂直和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)都比較小。

2 試驗(yàn)方案

根據(jù)以上的理論分析， 同時(shí)考慮到工藝的簡(jiǎn)單性，設(shè)計(jì)了三種試驗(yàn)方案。

方案一為γ角等于0°的后懸布置方案，方案二為γ角效于0°的后懸布置方案，方案三為γ角大于0°的后懸布置方案．三種方案的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-圖5所示。

圖3 方案一

圖4 方案二

圖5 方案三

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

對(duì)上述三種懸置布置方案，在一般砂石路上進(jìn)行了駕駛室振動(dòng)的道路試驗(yàn)．試驗(yàn)條件為：車箱空載， 駕駛室乘員3人，前輪氣壓為 0.39MPa，后輪氣壓為 0.48MPa，車速為30km/h勻速運(yùn)動(dòng)。在上述試驗(yàn)條件下，分別測(cè)量、記錄駕駛室前后懸置上下的振動(dòng)加速度信號(hào)，對(duì)所取信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域處理。

圖6 不同懸置角度時(shí)駕駛室角振動(dòng)譜圖

表1 不同懸置布置方案時(shí)各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果 單位m／s2

三種懸置布置方案的振動(dòng)加速度信號(hào)統(tǒng)計(jì)處理結(jié)果列于表1。三種懸置方案的振動(dòng)傳遞率列于表2。三種懸置方案的駕駛室角振動(dòng)譜圖為圖 9，相應(yīng)的最大角加速度譜值列于表2。

表2 不同懸置布置方案時(shí)各懸置的振動(dòng)傳遞率

表3 不同懸置布置方案時(shí)駕駛室最大角加速度譜比較

4 結(jié)論

（1）由圖6可看出，振動(dòng)譜峰值分布規(guī)律一致?？梢娫囼?yàn)可靠、結(jié)果可信。

（2）駕駛室懸置的綜合隔振效果以第三方案最好。

（3）各方案中，第三方案峰值較低。

（4）加大角有利于限制駕駛室角振動(dòng)，但具體實(shí)施比較困難。

（5）改變懸置姿態(tài)來(lái)降低駕駛室的振動(dòng)僅僅是許多措施中的一種．進(jìn)一步的工作可考慮改變懸置塊的剛度、阻尼、駕駛室的模態(tài)等。

（6）本文綜述了對(duì)乘坐舒適性有較大影響的車輛性能因素，并逐步具體到車身懸置布置姿態(tài)對(duì)整車 NVH的影響進(jìn)而了解其對(duì)整車乘坐舒適性中的作用，為提高整車乘坐舒適性提供參考。

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[1] 石琴,陳無(wú)畏,張雷.車身彈性對(duì)動(dòng)力總成懸置隔振特性的影響.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2006.01:12-15.

The influence of the truck body suspension arrangement and parameters on ride comfort

Cao Jun
（Anhui Institute of Metrology, Anhui Hefei 230051）

U467.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)18-140-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.048

曹俊，就職于安徽省計(jì)量科學(xué)研究院。