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[摘 要]随着市场发展中重卡用户对车辆使用舒适性的要求不断提升，逐渐深入到性能设计方面。驾驶室悬置的振动特性对车辆舒适性起到重要作用，车辆共振与整车弹性系统匹配相关。
[关键词]车辆平顺性 车身悬置固有频率 减振器阻尼系数分布 阻尼比
中图分类号：C62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）01-0061-02
重卡车身悬置及整车平顺性评价标准目前国内无相关标准，国外标准ISO2631-1：1997（E）《机械振动与冲击-人体承受全身振动的评价》平顺性指标仅适用于轿车及客车，尤其对驾驶室悬置专业教材和标准相关知识更少，如何匹配与控制车身悬置性能是目前重型车行业的难点。我们与高校联合开发两个全浮式车身悬置项目，验证结果说明合理匹配车身悬置可有效提升车辆的平顺性。
目前重卡用户购车逐渐关注到使用舒适性，所以产品设计需要以性能设计作为开发的控制要点。下面以我们两个项目的设计和验证介绍弹簧和减振器性能匹配对车辆平顺性的影响。
1 性能目标定义：组织国内国外MAN同类重卡，检测各弹性系统的隔振率、振动加速度、固有频率及刹车加速度，评审确定开发标杆车，建立开发性能指标，确使开发产品不落后于同行业。
2 问题点及解决方案：车辆共振是由于驾驶室的车身悬置与底盘前悬挂及座椅三个弹性系统的固有频率出现相近或倍数重合，造成共振和拍振现象，车身振动幅度陡然增大。因此设计关键要素为避开共振点，必须合理匹配弹簧和减振器性能。
1）建立合理的驾驶室前后悬置固有频率，避开底盘前悬架固有频率和驾驶员座椅的固有频率，避开整数倍和0.5倍数，三个频率需避开15～30%区间；
2）由于螺旋弹簧车身悬置结构需要，以上三个固有频率比较接近，容易出现车辆共振抖动，合理匹配弹簧刚度和弹簧变形静挠度，控制车身前后悬置固有频率；
3）空气弹簧车身悬置固有频率较螺旋簧可下降60%，由3.2Hz左右降低至1.5Hz左右，与车辆底盘前悬挂2.6Hz固有频率及座椅弹性系统3.5Hz频率完全避开。空气弹簧1.5Hz左右的振动频率更适应于人体舒适度，车辆平顺性大幅提升。
3 弹簧和减振器参数计算
1）公路车全浮四点气囊式车身悬置空气弹簧和减振器参数设计
（1）性能控制参数：
> 空气弹簧：静刚度和动刚度；
> 减振器：阻尼系数分布
（2）空气弹簧设计
根据空气弹簧运动特点创建了空气弹簧静刚度和动刚度两个性能控制参数，并制定出相应试验方法。空气弹簧静刚度影响弹性系统固有频率， 动刚度影响系统隔振率，现相关空气弹簧国家标准GB/T 13061无此参数。
正向设计：根据设定固有频率和弹簧载荷确定空气弹簧静刚度，由静刚度、支承载荷和静态工作压力计算空气弹簧的有效直径。
有效直径变化率对空气弹簧的刚度和悬置系统的振动偏频有一定影响。气囊的越大，则对刚度和振动频率影响越大；反之，则刚度和系统振动频率影响越小，即影响动刚度。
类比验证：因动态刚度未应用过，采用同类空气弹簧进口样件与国内空气弹簧不同弹性气囊材料制作两种样件，试验验证影响度。
（3）减振器参数计算
美John C.Dixon著《减振器手册》中减振器阻尼比选择原则：
*粗糙路面减振器功能在平顺性和操纵性中占75%程度；
*0.44阻尼比道路附着最佳， 就控制而言0.71的阻尼比获得侧倾和俯仰最优；
*自卸车使用路况特点路况颠簸粗糙复杂，转弯多，加速工況不常使用，需注重考虑刹车工况和侧倾性能；
*操纵性优化减振器压缩阻尼比与复原阻尼比选择为40/60。
参考以上阻尼比规范以及国外车辆减振器匹配原理和国内平顺性较好的车辆匹配空气弹簧用减振阻尼原理，设计了五种不同阻尼系数分布见表1数据，其特点均为低速阻尼系数较大，随车身振动速度加大，阻尼系数逐渐减小。
（4） 开发样车性能验证测试结果：（见图1）
* 座椅综合振动加权加速度由1.83m/s2减小到1.48 m/s2 ，振动等级由125.2降到123.4， 振动等级降低40%，尤其原螺旋弹簧共振点50km/h低速区和常用车速90km/h振动等级降低50%左右，振动降低幅度更明显。
* 刹车前倾加速度由平均18.2m/s2减小到8.3m/s2，制动点头冲击性降幅55%。
改进前后及与标杆车和同类车平顺性对比：综合平顺性接近于标杆车，不低于同类车，见图2、3。
2）工程自卸车螺旋弹簧式车身悬置螺旋弹簧和减振器参数设计
（1）螺旋弹簧设计：据自卸车底盘前板簧固有频率和座椅固有频率，确定车身前后悬置的固有频率。另外为了验证系统匹配的可行性，弹簧刚度分别浮动30%，验证系统平顺性的差异性。
（2）减振器参数计算：针对自卸车路况颠簸粗糙复杂，转弯多，需注重考虑刹车工况和侧倾性能，相对需加大低速阻尼力。在上个项目经验基础上，增加两组阻尼比分布，匹配出不同的复原阻力和压缩阻力值见表2数据。
（3）性能验证结果
改进前后及与标杆车平顺性对比：检测结果见下图。从验证结果可看出， 空气弹簧用减振器匹配原则不适用于螺旋弹簧匹配用减振器，阻力值由于弹簧刚度增大相对加大3倍，与空气弹簧用减振器不仅阻力值不同阻尼比分布也不同。
结论
1）螺旋弹簧匹配用减振器和空气弹簧匹配用减振器压缩阻尼系数及分布不同，空气弹簧用减振器复原和压缩阻尼系数平均值由0.35到0.66，阻尼比由0.75～0.83，即复原阻力和压缩阻力比值较大；螺旋弹簧用减振器复原和压缩阻尼系数平均值由0.6到0.7，阻尼比反而减小由0.75～0.77，由于螺簧刚度较高，即复原阻力和压缩阻力相应加大，低速时复原阻力和压缩阻力比值较小；
2）经验证结果表明，驾驶室悬置用减振器性能参数与目前通用规范阻尼系数均值Ψ=0.25～0.35、ΨY与ΨS比值0.5存在较大差异，驾驶室悬置用减振器阻尼系数分布Ψ=0.35～0.7随振动速度而变化的，平均阻尼系数0.65左右， 阻尼比0.75～0.85左右。
建立性能目标，明确开发方向，实现性能开发控制模式，达到有目的有落实的产品开发，有力提升产品的竞争力，通过本次改进活动推动了企业技术自主研发向深层次探究行动，希望本文阐述的车身悬置性能设计规范可对汽车行业的技术进步产生积极作用。（见图4、5）
参考文献
[1] 《减振器手册》美John C.Dixon著，北京理工大学李惠彬译
[2] 《汽车设计》（第4版）机械工业出版社
作者简介：魏银萍，女，1965年12月生，女，河北省隆尧人，1988年毕业于河北工业大学汽车专业，本科，高级工程师，工作单位北京福田戴姆勒汽车有限公司技术中心。1988年至今从事于汽车专业设计，2002年加入福田汽车股份有限公司，负责车身悬置与翻转系统及车身附件，车身悬置弹簧和减振器与翻转系统举升油缸和油泵开发，研究方向车辆相关平顺性匹配与控制。
[关键词]车辆平顺性 车身悬置固有频率 减振器阻尼系数分布 阻尼比
中图分类号：C62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）01-0061-02
重卡车身悬置及整车平顺性评价标准目前国内无相关标准，国外标准ISO2631-1：1997（E）《机械振动与冲击-人体承受全身振动的评价》平顺性指标仅适用于轿车及客车，尤其对驾驶室悬置专业教材和标准相关知识更少，如何匹配与控制车身悬置性能是目前重型车行业的难点。我们与高校联合开发两个全浮式车身悬置项目，验证结果说明合理匹配车身悬置可有效提升车辆的平顺性。
目前重卡用户购车逐渐关注到使用舒适性，所以产品设计需要以性能设计作为开发的控制要点。下面以我们两个项目的设计和验证介绍弹簧和减振器性能匹配对车辆平顺性的影响。
1 性能目标定义：组织国内国外MAN同类重卡，检测各弹性系统的隔振率、振动加速度、固有频率及刹车加速度，评审确定开发标杆车，建立开发性能指标，确使开发产品不落后于同行业。
2 问题点及解决方案：车辆共振是由于驾驶室的车身悬置与底盘前悬挂及座椅三个弹性系统的固有频率出现相近或倍数重合，造成共振和拍振现象，车身振动幅度陡然增大。因此设计关键要素为避开共振点，必须合理匹配弹簧和减振器性能。
1）建立合理的驾驶室前后悬置固有频率，避开底盘前悬架固有频率和驾驶员座椅的固有频率，避开整数倍和0.5倍数，三个频率需避开15～30%区间；
2）由于螺旋弹簧车身悬置结构需要，以上三个固有频率比较接近，容易出现车辆共振抖动，合理匹配弹簧刚度和弹簧变形静挠度，控制车身前后悬置固有频率；
3）空气弹簧车身悬置固有频率较螺旋簧可下降60%，由3.2Hz左右降低至1.5Hz左右，与车辆底盘前悬挂2.6Hz固有频率及座椅弹性系统3.5Hz频率完全避开。空气弹簧1.5Hz左右的振动频率更适应于人体舒适度，车辆平顺性大幅提升。
3 弹簧和减振器参数计算
1）公路车全浮四点气囊式车身悬置空气弹簧和减振器参数设计
（1）性能控制参数：
> 空气弹簧：静刚度和动刚度；
> 减振器：阻尼系数分布
（2）空气弹簧设计
根据空气弹簧运动特点创建了空气弹簧静刚度和动刚度两个性能控制参数，并制定出相应试验方法。空气弹簧静刚度影响弹性系统固有频率， 动刚度影响系统隔振率，现相关空气弹簧国家标准GB/T 13061无此参数。
正向设计：根据设定固有频率和弹簧载荷确定空气弹簧静刚度，由静刚度、支承载荷和静态工作压力计算空气弹簧的有效直径。
有效直径变化率对空气弹簧的刚度和悬置系统的振动偏频有一定影响。气囊的越大，则对刚度和振动频率影响越大；反之，则刚度和系统振动频率影响越小，即影响动刚度。
类比验证：因动态刚度未应用过，采用同类空气弹簧进口样件与国内空气弹簧不同弹性气囊材料制作两种样件，试验验证影响度。
（3）减振器参数计算
美John C.Dixon著《减振器手册》中减振器阻尼比选择原则：
*粗糙路面减振器功能在平顺性和操纵性中占75%程度；
*0.44阻尼比道路附着最佳， 就控制而言0.71的阻尼比获得侧倾和俯仰最优；
*自卸车使用路况特点路况颠簸粗糙复杂，转弯多，加速工況不常使用，需注重考虑刹车工况和侧倾性能；
*操纵性优化减振器压缩阻尼比与复原阻尼比选择为40/60。
参考以上阻尼比规范以及国外车辆减振器匹配原理和国内平顺性较好的车辆匹配空气弹簧用减振阻尼原理，设计了五种不同阻尼系数分布见表1数据，其特点均为低速阻尼系数较大，随车身振动速度加大，阻尼系数逐渐减小。
（4） 开发样车性能验证测试结果：（见图1）
* 座椅综合振动加权加速度由1.83m/s2减小到1.48 m/s2 ，振动等级由125.2降到123.4， 振动等级降低40%，尤其原螺旋弹簧共振点50km/h低速区和常用车速90km/h振动等级降低50%左右，振动降低幅度更明显。
* 刹车前倾加速度由平均18.2m/s2减小到8.3m/s2，制动点头冲击性降幅55%。
改进前后及与标杆车和同类车平顺性对比：综合平顺性接近于标杆车，不低于同类车，见图2、3。
2）工程自卸车螺旋弹簧式车身悬置螺旋弹簧和减振器参数设计
（1）螺旋弹簧设计：据自卸车底盘前板簧固有频率和座椅固有频率，确定车身前后悬置的固有频率。另外为了验证系统匹配的可行性，弹簧刚度分别浮动30%，验证系统平顺性的差异性。
（2）减振器参数计算：针对自卸车路况颠簸粗糙复杂，转弯多，需注重考虑刹车工况和侧倾性能，相对需加大低速阻尼力。在上个项目经验基础上，增加两组阻尼比分布，匹配出不同的复原阻力和压缩阻力值见表2数据。
（3）性能验证结果
改进前后及与标杆车平顺性对比：检测结果见下图。从验证结果可看出， 空气弹簧用减振器匹配原则不适用于螺旋弹簧匹配用减振器，阻力值由于弹簧刚度增大相对加大3倍，与空气弹簧用减振器不仅阻力值不同阻尼比分布也不同。
结论
1）螺旋弹簧匹配用减振器和空气弹簧匹配用减振器压缩阻尼系数及分布不同，空气弹簧用减振器复原和压缩阻尼系数平均值由0.35到0.66，阻尼比由0.75～0.83，即复原阻力和压缩阻力比值较大；螺旋弹簧用减振器复原和压缩阻尼系数平均值由0.6到0.7，阻尼比反而减小由0.75～0.77，由于螺簧刚度较高，即复原阻力和压缩阻力相应加大，低速时复原阻力和压缩阻力比值较小；
2）经验证结果表明，驾驶室悬置用减振器性能参数与目前通用规范阻尼系数均值Ψ=0.25～0.35、ΨY与ΨS比值0.5存在较大差异，驾驶室悬置用减振器阻尼系数分布Ψ=0.35～0.7随振动速度而变化的，平均阻尼系数0.65左右， 阻尼比0.75～0.85左右。
建立性能目标，明确开发方向，实现性能开发控制模式，达到有目的有落实的产品开发，有力提升产品的竞争力，通过本次改进活动推动了企业技术自主研发向深层次探究行动，希望本文阐述的车身悬置性能设计规范可对汽车行业的技术进步产生积极作用。（见图4、5）
参考文献
[1] 《减振器手册》美John C.Dixon著，北京理工大学李惠彬译
[2] 《汽车设计》（第4版）机械工业出版社
作者简介：魏银萍，女，1965年12月生，女，河北省隆尧人，1988年毕业于河北工业大学汽车专业，本科，高级工程师，工作单位北京福田戴姆勒汽车有限公司技术中心。1988年至今从事于汽车专业设计，2002年加入福田汽车股份有限公司，负责车身悬置与翻转系统及车身附件，车身悬置弹簧和减振器与翻转系统举升油缸和油泵开发，研究方向车辆相关平顺性匹配与控制。