某重型卡车的驾驶室悬置结构优化和应用

伏建博

【摘 要】针对一款重型卡车全浮式驾驶室悬置存在的问题,通过ADAMS建立驾驶室悬置系统的多体动力学模型进行分析优化,以及通过轻量化设计,配置空气弹簧,提升驾驶室的乘坐舒适性.

【期刊名称】《汽车实用技术》 【年(卷),期】2017(000)018 【总页数】3页(P31-33)

【关键词】驾驶室悬置;结构优化;轻量化;ADAMS 【作 者】伏建博

【作者单位】安徽江淮汽车集团股份有限公司,安徽 合肥 230601 【正文语种】中 文 【中图分类】U463.8

Abstract:The problems existing in the Full floating suspension of heavy truck cab, Cab suspension system was established through Adams multi-body dynamics model for optimization analysis, And through the

lightweight design, Configuration of air spring, Improve cab ride comfort. Keywords: cab suspension; structure optimization; light weight; ADAMS CLC NO.: U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-31-03 全浮式悬置系统通过适当增大驾驶室在车辆垂直方向上的运动行程，使悬置弹簧和

减振器得以充分缓冲并衰减车架上端的振动。目前国外如奔驰、斯科尼亚、曼公司等60%以上中重型货车均采用驾驶室全浮式悬置，近几年国内驾驶室全浮式悬置在中重卡货车上的使用也逐渐增多，全浮式悬置已经成为中重型货车的产品特性之一，并逐渐取代橡胶悬置成为商用车的标准配置。某公司重型卡车同样使用的是全浮式驾驶室悬置结构（如图1），但存在以下几个问题：

1）前悬的整体强度较弱，局部强度不满足驾驶室正碰的法规要求； 2）平台老化，整体减振效果差；

3）升级为全浮式四气囊悬置困难，悬置运动行程小、无法很好的吸收路面的不平激励。

此次重型卡车驾驶室悬置结构优化和应用以牵引车平台车型为研究对象，通过对驾驶室悬置系统进行理论分析和计算，结合虚拟样机技术（adamas动力学模型）进行深入的研究，从而提高驾驶室全浮式悬置系统的隔振性能，升级悬置配置，进一步提升车辆的性能和品位。

首先对原悬置导致舒适性差的原因和结构强度局部薄弱处以及升级为全浮式四气囊悬置的困难点进行统计分析，根据驾驶室地板、车架纵梁和周边部件的布置特点，结合国内重卡全浮式四气囊悬置的主流结构，选定一款适应原牵引车平台车型布置特点的悬置。功能部件和减振部件尽量借用现有的成熟部件，结构部件根据车型安装结构特点做正向设计，基于虚拟样机技术（adamas动力学模型）来保证悬置系统的结构强度和整体性能。根据的产品开发流程，完成数据冻结、样件开模、装车验证、零部件台架试验和悬置系统的舒适性调校，完成基于整车的道路的耐久可靠性试验，最终进行固化量产。

对原牵引车平台驾驶室底部及底盘的布置空间结构搭接特点进行研究，对全浮式四气囊悬置结构进行可行性分析；

收集驾驶室总成的动力学参数（质量、质心、转动惯量）、驾驶室允许的上下跳动

距离、驾驶室翻转角度等；

根据驾驶室、力学原件和横向稳定杆的动力学参数建立悬置系统的多体动力学模型； 对驾驶室悬置系统进行垂直±3.5g,侧倾1g,俯仰1g三种极限工况的分析和驾驶室翻转功能的校核和运动干涉分析及悬置系统固有频率计算；

根据动力学模型提取的部件受力边界进行 CAE有限元强度分析，指导部件结构的轻量化；

数据冻结，试制装车，完成四点悬置浮悬置系统的物理搭载；

从系统的台架耐久性试验和车辆道路可靠性试验两个维度对悬置系统的可靠性进行验证；

车辆通过在试验场现场确定减振部件的力学参数，为车辆提供最佳的阻尼减振方案； 生产线过线验证，图纸冻结下发量产。 ①完成全浮式四气囊式悬置全新平台的搭建

根据此车型的结构特点完成了一款适用于此车型的全浮式悬置结构平台产品的搭建（图2），可扩展性强，可应用于其他产品上。

②摸索出了一套悬置系统正向设计的参数表（表一），为后续车型的开发提供借鉴。 ③结构部件的轻量化设计,效果显著：

基于CAE的强度分析，对结构部件进行轻量化设计，通过优化设计，单套系统实现减重7.6kg（表二），效果显著。 ④基于虚拟样机技术的系统正向设计：

通过在在 adamas虚拟样机中建立驾驶室悬置系统的动力学模型（图3），对悬置系统各个极限工况下的强度进行分析，为机构部件的正向结构设计提供依据。 同时对悬置系统的侧倾（图4）和俯仰（图5）性能进行仿真，为力学元件的参数设定提供系统平台。

⑤扩口式内随动举升缸在全浮式悬置上的应用：

首次在全浮式悬置系统中匹配扩口式内随动举升缸（图6）。为后期实现驾驶室大角度翻转提供储备，扩口式内随动举升缸相比于双内随动举升缸技术更加成熟，是目前国内重卡的主流结构。

⑥首次对驾驶室的翻转轨迹进行系统分析：

通过驾驶室悬置系统的adamas动力学举升模型（图7），对驾驶室和悬置系统翻转过程中的轨迹进行分析（图 8），避免翻转过程中和周边部件干涉，降低开发风险，缩短开发周期。 ⑦乘坐舒适性的大幅提升

通过对全浮式四气囊驾驶室悬置系统的开发和调校匹配，通过气囊较低的固有频率和减振阻尼的现场匹配大大提升了驾驶室的乘坐舒适性。

此驾驶室悬置结构优化与应用是基于客户需求，对现有产品进行技术升级，运用正向开发流程开发而成，开发过程使用虚拟样机技术来降低开发风险，缩短开发周期，同时对整车进行舒适性调校，寻找最优的阻尼减振方案，其研究成果在国内已经处于行业先进水平。

结构优化产品的批量成功应用对某公司重型卡车具有重大意义：

①改善驾驶室的乘坐舒适性，降低悬置点的动载荷，提高驾驶室的结构疲劳性寿命； ②改善驾驶室悬置系统局部结构薄弱处，提高驾驶室碰撞安全性。

以奔驰和斯科尼亚为代表的商用车一直非常重视驾驶室驾驶室悬置系统的舒适性，其代表当今最先进的水平，成为同行业的标杆。

福田、重汽、陕汽、一汽等重卡驾驶室都采用全浮式四气囊驾驶室悬置结构，通过对竞品全浮式全气囊悬置结构车型对比，主观舒适性评价相当，部分路况要优于竞品车型。此次全浮式四气囊驾驶室悬置结构结构性能处于行业先进水平。 通过前期的仿真计算保证悬置系统的强度和性能达标，进行产品数据的冻结，生产出符合设计要求的悬置系统，进行整车搭载，对悬置系统在各个速度段下的隔振性

能进行测试，用加速度传感器测得悬置被动端的加速度，如表三所示。

通过对全浮式悬置系统的全新设计和优化匹配，使驾驶室悬置系统的隔振水平明显提升，降低悬置点的动载荷，提高驾驶室的疲劳寿命，同时解决了老平台前悬置局部强度不足的问题，提高了驾驶室的碰撞安全性。目前此款全浮式气气囊悬置系统已应用于公司某款量产牵引车上。