P068-汽车驾驶室平顺性分析

汽车驾驶室平顺性优化设计

秦民

（一汽技术中心）

摘要：建立汽车驾驶室刚弹耦合模型，输入随机路面激励，研究汽车驾驶室底板的振动响应；通过虚拟样机计算结果与试验进行对比，验证了模型的正确性；以驾驶室悬置的弹簧刚度、减振器阻尼为影响因素，通过虚拟DOE正交试验分析方法进行优化设计，显著改善了驾驶室平顺性.

关键词：驾驶室平顺性；优化设计；刚弹耦合

中图分类号：TP391.4文献标志码：A

Research on Improving the Ride Comfort of Cab for Truck

QIN Min

F A W R&D Center

Abstract: The simulation was carried out which was used to describe the cab floor vibration response under road random profile inputs. Modes of the cab was acquired by Nastran software. The rigid-elastic coupling cab model and multi rigid body cab model were constructed and verified. The spring and damper of the cab suspension system were optimized to improve cab ride comfort by DOE analysis.

Keywords: Ride Comfort; DOE analysis; Rigid-elastic Coupling

0 引言

驾驶室乘坐舒适性是汽车的一个重要性能指标，如何建立一个全面描述汽车动态特性的模型，是进行舒适性仿真研究的关键. 本文首先利用大型通用软件ADAMS/View建立了某重型卡车驾驶室多刚体仿真模型，并在此基础上利用Nastran软件计算的模态结果建立刚弹耦合的多体模型. 两种模型都进行了与试验数据的对比，证明了模型的正确性，并在此基础上以驾驶室前后悬置的刚度和阻尼为因素进行了虚拟DOE正交试验分析，找到了悬置刚度、阻尼的最优水平，使乘坐舒适性得到大幅度提高.

1 ADAMS驾驶室多体仿真模型

1.1 驾驶室模型的建立

图1是驾驶室多刚体ADAMS模型，图2是驾驶

室刚弹耦合ADAMS模型. 因为驾驶室扭杆处理成Beam梁形式，并且在模型中存在弹性体，因此整个刚弹耦合模型的自由度多达49个.

利用多刚体模型融和柔性体建立的刚弹耦合多体模型整个系统的自由度有所增加，增加多少取决于在Nastran模态抽取中提取的模态多少，同时有限元网格的存在也占据大量内存. 乘坐舒适性研究主要集中在低频范围，在本文中Nastran进行模态分析时座椅、驾驶员等作为集中质量考虑，上限截至频率到20Hz，包含驾驶室弹性体模型的前两阶模态.

图1 驾驶室多刚体模型

图2 驾驶室刚弹耦合多体模型

2 模型的验证

2.1 激励数据的获得

在ADAMS模型中以驾驶室四个悬置与车架连接处的信号作为激励，在振动试验中加速度信号是比较容易测量的，但是直接以加速度信号作为输入在积分过程中可能出现相位问题，致使整个系统的姿态与实际存在较大差异，因此本文首先利用Matlab软件编写程序将加速度信号处理成位移信号.

2.2 模型验证

本文模型验证用驾驶室四个悬置与车架连接处垂直加速度为验证信号. 将多刚体模型、刚弹耦合模型以及试验所得时域信号、功率谱密度及总加权加速度均方根值进行了对比，以前悬置为例，时域对比只取一段时间信号（如图3），功率谱密度对比如图4.

图3显示计算的时域加速度信号与试验结果非常接近；从图4中可以看出：刚弹耦合模型的精度比较高，另外由于在Nastran中进行模态抽取中的上限截至频率为20Hz，从图中也可以看出，在20Hz以前刚弹耦合模型的计算结果与试验结果很接近，20Hz以后弹性体模型的精度接近于多刚体模型.

图3 时域信号对比

图 4 功率谱密度对比

3 虚拟DOE 正交试验

3.1 虚拟正交试验设计

虚拟仿真是为了对设计提出指导性意见. 本文以前后悬置弹簧的刚度、阻尼作为因素（见表3），每个因素三个水平，通过虚拟DOE 试验技术，以驾驶室质心处垂直加速度为输出，计算得到相对于驾驶室乘坐舒适性的每个因素的最佳水平【4】. 为了考察交互作用（包括高阶交互作用）的影响，采用)3(1327L 正交表进行虚拟试验计算.

表中：K 1为前弹簧刚度；K 2为后弹簧刚度；C 11/C 12是前减振器的压缩/拉伸阻尼；C 21/C 22是后减振器的压缩/拉伸阻尼；

3.2 虚拟正交试验极差分析

按照)3(1327L 进行27次仿真试验，考察各个因素的不同水平对垂直振动的影响. 表4给出27次仿真驾驶室底板垂直加权加速度均方根值结果.

表 3 不同因素的水平值

表 4 改进百分比 4 结 论

1）驾驶室模型弹性化与否，对仿真结果有较大影响； 2）利用DOE 虚拟正交试验技术提供了驾驶室悬置刚度、阻尼的优化匹配手段；

3）驾驶室悬置的前后刚度、阻尼之间的交互作用（包括高阶的交互作用）非常大，驾驶室悬置设计时必须考虑交互作用的影响.

参考文献：

[1] 马天飞，林逸等，轻型客车NVH 特性的刚弹耦合、声固耦合仿真研究，汽车工程，2005，27（1） [2] 仲昕，杨汝清，刚弹耦合建模在汽车转向轮摆振问题的应用，机械设计与研究，2000，16（4） [3] Mechanic Dynamic Incorporation, ADAMS/V iew User’s Guide, 1997

[4] Gi-Ho Lee, Jong-Hoon Lim, and Gi-T ae Kim, Improving Ride Qudlity on the Cab Suspension of a Heavy Duty Truck, Sae 962151 [5] 邬惠乐，邱毓强，汽车拖拉机试验学，北京：机械工业出版社，1980