作者：张珍偲，张瑞亮，杨辉
来源：《科技创新与生产力》 2014年第10期
张珍偲1，2，张瑞亮1，杨 辉1
（1. 太原理工大学车辆工程系，山西 太原 030024；2. 大运汽车制造有限公司，山西 运城 044000）
收稿日期：２０14－06－18；修回日期：２０14－07－21
作者简介：张珍偲（1984-），男，山西夏县人，在读硕士，工程师，主要从事商用车驾驶室车身系统研究，
E-mai：dyhzmail@126.com。
摘 要：针对某款搭载新型驾驶室后悬置的载货车，为研究其振动特性的改善效果，以原型车以及一款同类车型为对标车，进行匀速工况下的道路平顺性试验，对测得的加速度信号进行分析、对比，得到测试车型的平顺性，整车振动较为恶劣的部位以及振动传递过程中隔振率较低的减振部件，进而提出驾驶室悬置系统的改进方向以及引起较大振动的来源，为今后同类车型的振动诊断与改进提供方法与思路。
关键词：驾驶室悬置；振动；舒适性
中图分类号：U463 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2014.10.102
随着道路条件的改善以及国内外主流商用车舒适性的不断提高，商用车的NVH特性已经成为整车厂必须考虑的重要性能。作为整车振动传递路线中的重要减振部件，驾驶室悬置系统的优化改进成为整车舒适性调校的前线阵地。目前，国内的研究主要集中在应用多体动力学技术分析悬 置刚度和阻尼的最优匹配[1-2]，通过分析信号的频率成分、峰值变化规律判断引起振动过大的主要原 因[3-4]。笔者结合企业改进悬置系统的操作经验，以某款搭载新型驾驶室后悬置的载货车为研究对象，以改进前车型以及一款其他厂商同类车型为对标车辆，进行匀速工况下的道路平顺性试验，对测得的加速度信号进行分析，对比、分析改进后车型与对标车型的整车平顺性以及驾驶室悬置系统振动特性，得到整车振动较为恶劣的部位以及振动传递过程中隔振率较低的减振部件，进而提出驾驶室悬置系统的改进方向。
1 对标测试试验
试验选用3台样车进行测试，其中原型车定义为1号车，装有驾驶室后悬置横向连接杆的TMT改进车型定义为2号车，对标车定义为3号车。其中1号和2号为同一台车，相对于1号车，2号车仅更换驾驶室后悬装置（见图1）。
试验采用加速度传感器对每台车的驾驶室悬置系统进行动态特性测试，采用DASP测试系统采集数据，其中测点分别采用加速度传感器布置在左右前后悬置的上下位置，以及地板、椅面以及椅背位置，每台车的测点布置一样，测试方向以司机所面对的方向为基准，X为纵向（前后方向）、Y为横向（左右方向）、Z为垂向（上下方向）。
由于载货车空载时振动状况更恶劣，因此测试过程主要进行20 km/h，40 km/h，50 km/h，60 km/h，70 km/h，80 km/h，90 km/h，100 km/h下的空载匀速行驶时的动态特性，每种工况采集3组数据。
2 试验数据分析
2.1 平顺性对比
平顺性用于评价整车冲击性能和人体振动舒适性，其评价指标包括座椅、靠背、地板的总加权均方根值以及最大（绝对值）加速度值，其值越小，代表整车平顺性能越好。
按照GB/T 4970—2009 中随机输入行驶的评价要求，在匀速工况下，对布置于司机座椅及座椅下地板处测点进行计算。见图2座椅测点在匀速行驶工况下的总加权均方根值。
由图2可看出，空载工况时相比于1号车，2号车振动较大时的车速分别为40 km/h，50 km/h，80 km/h，90 km/h，正好对应于载货车常用的中速与高速范围，因此说明改进后的驾驶室后悬置对整车平顺性没有明显改善；相比于3号车，2号振动较大时的车速分别为30 km/h，60 km/h，70 km/h，80 km/h，90 km/h，100 km/h，尤其是振动车速在80 km/h时出现了较大的峰值，可见中高速以上区间内，该款载货车平顺性明显逊于对标车型。
总体来说，空载工况时，随机输入下的平顺性较好的车型为3号车，其次为1号车，最后为2号车，由此可以说明，该款载货车的平顺性没有达到预定要求，改进后的后悬置也没有带来整车平顺性的改善。
2.2 均方根值对比
通过对整车平顺性进行对比分析后，接下来需要从局部振动特性角度来分析造成驾驶室振动情况恶劣的源头。驾驶室端的振动作为座椅振动传递的最后环节，其均方根值直接影响司机和乘客的振动舒适性，因此有必要对驾驶室端的均方根值进行对比分析。
由均方根值分析可得，空载匀速工况下驾驶
室端垂向振动相比于1号车，2号车驾驶室端在
80 km/h时的均方根值均大于1号车，且右后侧在60 km/h，90 km/h速度下的均方根值明显大于1号车，其余速度时的均方根值则与1号车相差不大。由此推断，对于改进后的载货车，其驾驶室可能在80 km/h时出现了共振现象，此外，对于高速时出现的较大振动，右后侧可能是较大振动的来源。
相比于3号车，2号车驾驶室端在80 km/h时的
均方根值要大于3号车，驾驶室右后侧60 km/h，
70 km/h速度下的均方根值小于3号车，但90 km/h，100 km/h时的均方根值则明显大于3号，其余速度的均方根值则与3号车相差不大。由此可以推断，相比于对标车，其驾驶室可能在80 km/h时出现了共振现象，对于高速时出现的较大振动，右后侧可能是较大振动的来源。
综上所述，2号载货车相比于1号车、3号车，其在80 km/h时的均方根值要大于后两者，因此可以推断此时出现了驾驶室的共振现象，对于2号驾驶室右后侧高速时出现的较大波峰，可以推断在右后侧的传递路径中出现了隔振率较低的部件。
2.3 隔振率对比
通过对整车平顺性以及局部均方根值对比分析，得出了该载货车出现整车振动以及局部隔振率低的问题，接下来从驾驶室4个悬置隔振率角度判断该载货车振动特性。
隔振率为衡量悬置隔振性能的指标公式为
T = （1 - aout/ain） × 100%，
其中：T为隔振率，aout为隔振后的均方根值，ain为隔振前的均方根值。
由于人体对垂向振动的敏感度高，因此本测试重点关心垂向隔振率。对于左前悬置与左后悬置，3辆车的隔振率总体上相当，局部3号车的隔振率在80 km/h时要明显好于1号车、2号车。
对于右前悬置，3号车的隔振率明显较大，2号车的隔振率普遍大于1号车，此外，在80 km/h时，1号车、2号车的隔振率出现负值，且2号车的隔振率负值绝对值较大。
对于右后悬置，3号车隔振率大于其他车，2号车隔振率最小，且1号车、2号车的隔振率为负值，尤其是2号车出现了较大的负值，对振动的衰减起到了明显的放大作用。
综上所述，就4个悬置的隔振率而言，3辆车左侧的悬置隔振效果相当，右侧悬置1号车、2号车的隔振率则要明显低于3号，且右后悬置2号车出现了较大的负值。可见2号车的悬置隔振问题主要出现在右侧悬置，尤其是右后悬置对振动的放大作用。
2.4 频谱分析
根据以上分析，在匀速80 km/h 时，系统发生共振现象，并且右后悬置的垂向隔振相对较差，因此，为分析系统发生共振以及悬置隔振较差的原因，有必要对匀速80 km/h，60 km/h，40 km/h 下左前和右后测点的频谱进行分析。通过频谱分析可得，在空载匀速工况下，从3个速度的频谱信号对比分析可以得出以下结论。
1）3种车速下，车架端的频谱呈现出周期激励特性（见光标1~5，光标对应频率均为倍数关系）。匀速40 km/h 时，激励基频为3.25 Hz；匀速60 km/h 时，激励基频为4.9 Hz；匀速80 km/h 时，激励基频为6.5 Hz，正好为匀速40 km/h 时激励基频的2倍。由此推断，此激励频率很可能是轮胎与路面的相互作用引起。
2）车速为80 km/h 时，激励基频处的幅值明显大于其他车速的幅值，且此频率处车架端振动幅值大于驾驶室端，可能是路面激励引起了整车悬架系统共振。
3）在光标6处，右后驾驶室端的幅值明显大于左前驾驶室，但右后车架和左前车架的幅值相差不大，此处频率振动的异常放大导致右后悬置隔振变差。特别在车速60 km/h，光标6 处的频率（58.5 Hz）振动放大尤其严重，可能与此处测点直接布置在弹簧上端有关，激起了其自身的共振。
3 试验结论
1）对3辆车进行平顺性与局部均方根值对比，得出空载工况时，随机输入下的平顺性较好的车型为3号车，较差的为2号车，在此基础上，对驾驶室局部均方根值进行对比，发现2号车驾驶室右后侧振动偏大，可能是车架的振动激起了该测点处的局部自振。此外，在80 km/h 时，2号车驾驶室端垂向有明显的振动峰值，可能是由路面激励引起了整车悬架系统共振。
2）对悬置系统振动特性进行分析，得出2号车左前悬置隔振率大于右侧悬置，除了右后悬置，隔振率基本大于0，垂向最大达到69%，而右后侧悬置的隔振率出现了负值，因此可以得出2号车的悬置隔振问题主要出现在右后侧悬置，即右后悬置对振动起了放大作用，因此接下来的悬置系统改进应主要集中于右后侧悬置的优化。
3）针对整车出现的共振问题，车架端的频谱呈现出周期激励特性，匀速80 km/h 时，激励基频为6.5 Hz，正好为匀速40 km/h时激励基频的两倍。由此推断，此激励频率很可能是轮胎与路面的相互作用引起。
参考文献：
[1] 陈静,曹晓琳,王登峰,等.重型商用车驾驶室空气悬置系统的匹配优化[J].吉林大学大学学报,2009,39(5):1125-1129.
[2] 王楷炎.商用车驾驶室悬置系统动力学仿真、优化与试验研究[D].长春:吉林大学,2008:67-68.
[3] 孙加平,张袁元,李舜酩,等.某重型卡车驾驶室振动测试与诊断[J].机械设计与制造,2010(9):213-215.
[4] 刘建娅,李舜酩,张袁元,等.某型卡车驾驶室横向摆动的分析研究[J].机械科学与技术,2011,30(4):579-581.
[5] 雷启明,运伟国,刘保锋,等.某重型卡车驾驶室抖动现象试验研究与改进[J].汽车科技,2011(4):59-63.
（责任编辑 王 雯）
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