某载货汽车振动控制与平顺性提升方法＊

邓聚才 冯哲 刘夫云

（1.东风柳州汽车有限公司商用车技术中心；2.桂林电子科技大学）

某载货汽车振动控制与平顺性提升方法＊

邓聚才1冯哲1刘夫云2

（1.东风柳州汽车有限公司商用车技术中心；2.桂林电子科技大学）

针对某型号载货汽车存在平顺性超标问题，对各个环节的振动传递率及其稳定性进行分析发现，该车型前桥悬架的振动传递率偏大且不稳定，驾驶室座椅的振动传递率明显偏大。通过仿真分析，提出提高前桥悬架低相对运动速度段阻尼、使驾驶室座椅固有频率偏离前桥悬架偏频并合理设置座椅阻尼等平顺性提升措施，有效改善了该车型的平顺性。

1 前言

目前，国产载货汽车的平顺性和舒适性与国外先进水平还存在一定差距，因此，提高平顺性，从而提升载货汽车舒适性和整车性能，对增强其市场竞争力具有重要意义[1～6]。本文针对某载货汽车平顺性指标不能满足客户需求的问题，对驾驶室座椅振动传递率、前桥阻尼特性等影响驾驶室平顺性的主要因素进行了分析，提出改进措施，有效提升了该载货汽车的平顺性。

2 影响平顺性的因素及改进措施

2.1 存在的问题

某载货汽车普遍存在平顺性指标难以满足用户需求的问题。根据以往解决平顺性问题的方法和经验，采取了发动机悬置解耦优化、前桥减振器阻尼比优化、驾驶室悬置优化等措施，平顺性指标在原有基础上有所改善，但仍不能满足客户对平顺性的要求。该车型除存在平顺性指标不达标问题外，还存在平顺性不稳定现象。该车型的同一辆车，在相同路面、不同时间、多次测试时的平顺性结果存在不一致现象，有时甚至存在同一次测试，在平直高速路面行驶时不同时间段平顺性测试结果不一致现象，如某路试车辆2次测试的平顺性结果如图1所示。

由图1可以看出，该载货汽车在低速段平顺性指标明显偏大，且存在较明显的平顺性不稳定现象。

2.2 原因分析

对该载货汽车在高速公路上进行电测，利用测试结果对加速度传递路径（如前桥簧下→车架→驾驶室地板→座椅，发动机→车架→驾驶室地板→座椅）中不同位置减振器件的振动传递特性进行分析，发现该车型前桥悬架存在隔振率偏低和隔振率不稳定问题，驾驶室驾驶员座椅存在隔振率较低等问题。

2.2.1 前桥悬架问题分析

针对前桥悬架振动传递特性不稳定现象，对前桥悬架振动特性进行三维谱分析，结果如图2所示。

根据前桥悬架三维谱分析结果可以得出，前桥悬架存在减振特性不稳定现象，且前桥悬架减振特性不稳定是导致整车平顺性不稳定的主要原因。

对电测数据进行进一步处理发现，该车型在高速路面行驶时，前桥减振器相对运动速度很低，介于0.01～0.02 m/s之间。前桥悬架阻尼由前桥悬架减振器阻尼和前桥钢板弹簧摩擦阻尼共同得到，而钢板弹簧摩擦阻尼往往不是一个恒定值，是随车辆行驶工况波动的。通过以往平顺性仿真可以得知，当前桥阻尼值较小时，阻尼波动，对车辆平顺性影响较显著。因此，分析很可能是由于减振器在低相对运动速度段时的阻尼值偏小，使得前桥阻尼大小处于车辆平顺性对前桥阻尼变化敏感区域，摩擦阻尼波动导致前桥悬架振动传递率不稳定。

2.2.2 驾驶员座椅问题分析

对驾驶室驾驶员座椅不同位置点的加速度信号进行频谱分析发现，在车辆行驶速度较低时，座椅导轨处的加速度峰值频率和座椅的固有频率接近，车辆行驶时速为35 km时座垫和座椅导轨的加速度频谱曲线如图3所示[7]。

对该座椅的振动传递率进行2次实际测量，得到座椅在不同频率下的振动传递率曲线如图4所示。

由图4可以看出，该车型座椅的固有频率和平顺性处于峰值时速段驾驶室座椅导轨处的振动频率接近，座椅振动传递率大于1，座椅不仅不起减振作用，反而起振动放大作用。因此，必须采取措施降低座椅在共振速度段的振动传递率。

2.3 解决措施

通过对影响前桥悬架隔振率和驾驶员座椅隔振率的原因进行分析，决定采取如下解决措施。

2.3.1 前桥减振器阻尼优化

该车型在高速路面行驶时，前桥减振器工作在低相对运动速度段，因此建立了分段线性的前桥悬架非线性阻尼模型如下：

式中，Ffyzn为前桥悬架复原阻尼力；Fyszn为前桥悬架压缩阻尼力；v为前桥悬架相对运动速度；c1，c2，c3，c4，c5为前桥悬架复原阻尼力系数；c11，c21，c31，c41，c51为前桥悬架压缩阻尼力系数。

利用Matlab Simulink建立了该载货汽车整车振动仿真模型，开发了仿真优化程序，仿真优化程序运行界面如图5所示。

对前桥减振器分段线性阻尼进行优化并就载货汽车平顺性对前桥减振器阻尼变化的灵敏度进行了仿真分析，得出如下2个结论：目前的前桥悬架在低相对运动速度段的阻尼偏低，需要提高，特别是其压缩阻尼大小；当前桥悬架阻尼值较低时，车辆平顺性对前桥悬架阻尼变化较敏感，当前桥悬架阻尼达到一定值，如阻尼比大于0.4时，车辆平顺性对前桥悬架阻尼变化不敏感。车辆平顺性随前桥悬架阻尼变化曲线如图6所示。

根据仿真分析结果可以得出，提高前桥悬架低速段的阻尼，不仅可以改善车辆平顺性，同时可以提高其平顺性的稳定性。由于前桥悬架钢板弹簧摩擦阻尼调整难度较大，因此，要改善车辆的平顺性及其稳定性，有效且可操作的措施之一是提高前桥悬架减振器在低相对运动速度段的阻尼，特别是其压缩阻尼。

2.3.2 提高驾驶员座椅隔振率

针对座椅在低行驶速度段传递率偏高问题，采取如下措施：利用Matlab simulink建立座椅仿真模型，开发座椅刚度与阻尼仿真优化程序，对座椅刚度、阻尼参数进行仿真优化，合理匹配座椅刚度和阻尼参数。经优化改进后进行的3次新座椅振动传递率实际测量结果如图7所示。

由图7可以看出，改进后座椅在低频段的振动传递率较原有座椅明显降低，最大传递率从1.5降低至低于0.7，改进后座椅在低频段具有良好的减振作用。

2.4应用验证

根据上述分析和优化结果，对前桥减振器阻尼参数和驾驶室座椅刚度、阻尼参数进行重新设计。以往的前桥减振器设计，只关注相对速度0.052 m/s以上的阻尼大小，而重新设计要求其在低相对运动速度段（相对速度介于0.01～0.052 m/s之间）的阻尼比不低于0.25，加上钢板弹簧摩擦阻尼，确保前桥悬架在低相对运动速度段的总阻尼比不低于0.35。座椅刚度值设为25 kN/m，阻尼比设为1.05。按重新设计的刚度、阻尼参数试制前桥减振器和座椅，并装车进行路面电测试验，得到的改进前、后平顺性实测结果对比情况如图8所示。

由图8可以看出，改进后的车型不仅平顺性得到明显改善，低速段平顺性峰值在原有基础上降低40%以上，且稳定性明显改善。

3 结束语

通过建立车辆振动仿真模型并开发仿真优化程序，对分段线性的前桥悬架阻尼和车辆平顺性随前桥悬架阻尼变化的灵敏度进行了仿真分析。在此基础上，提出了提高前桥悬架低相对运动速度段阻尼平顺性及其稳定性的改善措施。通过对整车加速度传递路径进行分析，针对座椅振动传递率偏高问题，提出了驾驶员座椅固有频率错开前桥悬架偏频、合理设置座椅阻尼、降低座椅低频振动传递率的平顺性改善措施。以某载货汽车为例，对提出的方法和措施进行了应用验证，有效改善了该载货汽车的平顺性，对解决其他车型平顺性问题具有参考价值。

1徐陈夏.汽车平顺性仿真分析与悬架参数优化：[学位论文].合肥：合肥工业大学，2009.

2E Courteille,L Leotoing，F Mortier,et al.New analytical method to evaluate the powerplant and chassis coupling in theimprovementvehicleNVH.EuropeanJournalof Mechanics A/Solids,（24）:929～94,2005.

3庄良飘.工程设计阶段汽车平顺性分析方法研究：[学位论文].广州：华南理工大学，2010.

4马天飞,王登峰,梁和平.利用MSC.Adams/Car建立轿车的刚弹耦合模型.计算机辅助工程，2006（15）:238～240.

5田晓峰，等.拖拉机驾驶座椅振动舒适性研究现状分析.农机化研究，2010（9）:249～252.

6佐安康.重型商用车刚弹耦合系统的平顺性研究：[学位论文].长春：吉林大学，2010.

7张守海.某载货汽车的平顺性分析与悬架系统改进设计：[学位论文].长春：吉林大学，2010.

（责任编辑帘青）

修改稿收到日期为2014年2月1日。

Research on Improvement of Vibration Control and Ride Comfort of A Heavy Truck

Deng Jucai1,Feng Zhe1,Liu Fuyun2
（1.Commercial Vehicle Technology Center,Dongfeng Liuzhou Motor Co.,Ltd;2.Guilin University of Electronic Technology）

To address the problem that a type of heavy truck falls out of limit in the ride comfort,the main factors which influence the ride comfort are analyzed.It is found that the vibration transmissibility of front shock absorber is larger than normal value and not stable and the vibration transmissibility of cab seat is also larger than normal value. Based on simulation results,measures such as to improve the damping corresponding to the relatively low velocity of front axle suspension,to stagger the natural frequency of cab seat and the suspension frequency,and to set a reasonable damping value to cab seat,are taken.The ride comfort of the type heavy truck is effectively improved.

Heavy truck,Vibration transmissibility,Damping,Ride comfort

载货汽车振动传递率阻尼平顺性

U461.4

：A

1000-3703（2014）03-0010-03

国家自然科学基金项目（51265006），广西科技研究与技术开发项目（桂科攻1348005-11），广西制造系统与先进制造技术重点实验室主任课题（桂科能11-031-12_008），柳州市科技开发项目（2013H020401）。