宽体自卸车前悬架隔振对比试验研究

吴冬涛，王超，程文博

（陕西同力重工股份有限公司，陕西 咸阳 712000）

汽车行驶时，由路面不平以及发动机、传动系和车轮等旋转部件激发汽车的振动。通常，路面不平是汽车振动的基本输入，其振动频率范围约为0.5～25Hz。轮胎、悬架、驾驶室悬置、座椅组成了宽体自卸车四级减振系统，其中悬架为四级减振系统中较重要的一级，悬架偏频决定了整个簧载质量的共振频率，如果悬架隔振效果不佳，会导致整车行驶平顺性及驾乘人员乘坐舒适性变差。本文先通过车身与车轮两个自由度振动系统理论计算钢板弹簧前悬架，油气前悬架的车轮和车身固有频率，然后进行了实际矿区道路行驶对比试验，验证了理论计算的正确性；并找出了宽体自卸车空载舒适性不佳的原因，为减小整车振动及提高驾乘人员乘坐舒适性提供了参考依据。

本次试验路面为典型矿区工程便道，土质路面，路面坑洼，路况较为恶劣。试验车为6×4宽体自卸车，整备自重约30000kg，额定满载下约90000kg。两台试验车除前悬架结构不一样外，其他配置均一样，一台车前悬架承载元件为滑板式钢板弹簧，另一台车为单气室油气弹簧。为保证对比数据准确性，试验在矿区同一路段上进行，两台车轮胎气压保持一致。两台车最高车速都为40km/h，试验车速取10km/h、20km/h和30km/h三个常用车速，测试时要求每个速度下稳定运行超过60s，为保证数据准确性，每个车速下测试3～5次。本次试验主要为了反映前悬架振动特性，测取了前桥和前桥正上方车架X、Y、Z三个方向的振动加速度，因为测试主要针对低频率段，采样频率设定为1000Hz。本次试验采用4个三轴传感器，通过磁座和胶水固定在前桥和车架两侧，左侧布置点位如图1所示。

图1 车桥、车架左侧传感器布置

在整车悬挂质量分配系数接近1时，认为前后悬架的垂直振动几乎独立，前悬架车身与车轮两个自由度振动系统模型如图2所示。前悬架参数如表1。

表1 前悬架参数

图2 车身与车轮两个自由度振动系统

1 试验方法和测量系统

忽略悬架阻尼，车轮部分固有频率：

车身部分固有频率：

经过计算，钢板弹簧前悬架车轮部分固有频率约7.8Hz，车身部分固有频率约2.5Hz；油气前悬架车轮部分固有频率约6.8Hz，车身部分固有频率约1.7Hz。

2 试验结果与分析

考虑到Z向振动最大，图3、图4分别为钢板弹簧悬架和油气悬架两种车型在空载车速30km/h时车桥和车架的Z向振动信号时域波形图，为消除发动机高频振动对测试结果的影响，对采集信号进行1～100Hz带通滤波。

图3 前桥（上）车架（下）Z向加速度时域

图4 前桥（上）车架（下）Z向加速度时域图

对两种车型在同一路段下进行了不同行驶速度试验，每个稳定速度下测试5次求平均，加速度均方根值如表2所示。

表2 悬架隔振前后加速度均方根值

根据以上时域数据分析，钢板弹簧悬架能起到一定的隔振作用，但隔振效果明显差于油气悬架，在相等的振动激励下，油气悬架隔振后的加速度均方根值约为钢板弹簧悬架的50%。不管是钢板弹簧悬架还是油气悬架，在低速行驶时，悬架隔振效果较差，尤其是钢板弹簧悬架；随着车速的升高，悬架隔振效果越来越明显。

图5 为钢板弹簧悬架试验车车桥和车架振动信号频谱图，路面激励能量主要集中在0～20Hz低频段，其他频率段的能量基本上可忽略不计。前桥振动峰值频率7.8Hz，对应非簧载固有频率，车架振动峰值频率2.6Hz，对应簧载固有频率。前桥上的振动经过悬架隔振以后大于4Hz的振动被衰减，车架除了在2.6Hz存在最大峰值外，其他频率下也存在明显峰值。

图5 前桥（左）车架（右）振动加速度频谱图

图6 为油气悬架试验车车桥和车架振动信号频谱图，前桥振动峰值频率7.0Hz，对应非簧载固有频率，车架振动峰值频率1.7Hz，对应簧载固有频率。对比频域分析，油气悬架和钢板弹簧悬架明显区别在于，前桥频谱上不存在簧载频率下对应的较大峰值，车轮与悬架振动独立性更强；车架上大于3Hz在振动明显被衰减，且无明显峰值，油气悬架隔振效果明显优于钢板弹簧悬架。

图6 前桥（左）车架（右）振动加速度频谱图

3 结语

通过以上测试分析，可得到以下结论：

（1）宽体自卸车承载元件设计时首先考虑满足重载承载要求，空载钢板弹簧刚度过大是导致宽体自卸车空载舒适性不佳的主要原因。

（2）钢板弹簧悬架车轮与悬架的耦合性明显强于油气悬架，对悬架隔振产生了不利影响。

（3）在相等的振动激励下，经过油气悬架隔振后的车身加速度均方根值约为钢板弹簧悬架的50%，可明显提高整车行驶平顺性及驾乘人员乘坐舒适性。