卡车驾驶室减振器最佳速度特性的设计方法

摘要

本发明涉及卡车驾驶室减振器最佳速度特性的设计方法，属于驾驶室悬置技术领域。由于驾驶室三质量振动系统的分析计算非常复杂，目前对于驾驶室减振器最佳速度特性设计一直没有可靠的设计方法。本发明根据由车轮、车身及驾驶室构成的三质量振动系统及所确定的驾驶室悬置最优阻尼比，利用减振器的平安比、双向、杠杆比和安装角度，对驾驶室减振器最佳速度特性进行设计，得到设计所要求的复原和压缩行程的分段特性曲线。利用该设计方法可得到可靠的驾驶室减振器速度特性，设计减振器可使驾驶室达到最佳减振效果，满足乘坐舒适性要求，同时，还可避免了反复试验、验证和修改，降低驾驶室减振器的试验费用。

说明书

技术领域

本发明涉及驾驶室减振器，特别是卡车驾驶室减振器最佳速度特性的设计方法。

背景技术

驾驶室减振器阻尼特性对驾驶室的减振效果及驾驶人员的舒适性具有重要影响。然而由于全浮式驾驶室悬置系统属于由车轮、车身质量和驾驶室组成的三质量振动系统，其分析计算非常复杂，国内、外很多车辆工程专家大都只好采用简化的单质量振动系统模型进行分析，即将车身振动看作是驾驶室振动的激励输入，因此，只能对驾驶室减振器阻尼特性进行近似设计，很难满足驾驶室减振器的设计要求。由于减振器特性是非线性的，因此，对于减振器设计特性通常采用分段线性来表示，据所查阅资料可知，目前国内、外还一直未能给出卡车驾驶室减振器最佳速度特性的设计方法。通常根据车辆及驾驶室类型，凭经验选择几只相近类型的车辆驾驶室减振器，然后装车经过车辆行驶平顺性试验，最终得到与该车辆驾驶室相匹配的减振器及速度特性。随着汽车行业的快速发展，目前驾驶室减振器速度特性设计方法，不能满足车辆发展及驾驶室舒适性的设计要求。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是根据驾驶室最佳阻尼比建立卡车驾驶室减振器最佳速度特性的设计方法,其设计流程如图1所示。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的卡车驾驶室减振器最佳速度特性的设计方法，其技术方案所实施的步骤如下：

(1) 确定驾驶室悬置系统的最优阻尼比                                                ：

根据全浮式驾驶室单侧悬置质量，单侧悬置刚度；前单轮对应的簧上质量，悬架刚度，悬架阻尼；轮胎质量，轮胎刚度；路面参考空间频率；参考空间频率下的路面功率谱密度值，及车辆行驶速度v，确定驾驶室悬置系统的最优阻尼比,即：

；

式中，是根据驾驶室垂直振动加速度均方值的目标函数及，所求得的基于舒适性的驾驶室悬置最佳阻尼比；是根据车轮动载均方值的目标函数及，所求得的基于安全性的驾驶室悬置最佳阻尼比；和，分别是利用Matlab迭代积分求得的驾驶室垂直振动加速度幅频特性平方的积分表达式和车轮动载幅频特性平方的积分表达式；和分别驾驶室垂直振动加速度频响函数和车轮动载频响函数，即 

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式中，；；；

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;；为驾驶室悬置减振器的待定阻尼；

 (2) 确定驾驶室单只减振器复原行程的初次开阀阻尼系数：

根据全浮式驾驶室单悬置点承载驾驶室质量为，单置点驾驶室刚度，安装杠杆比及安装角度，及步骤（1）的最优阻尼比，确定驾驶室单只减振器复原行程的初次开阀阻尼系数为:

；

(3) 确定驾驶室单只减振器复原行程的初次开阀阻尼力:

根据驾驶室减振器复原行程的初次开阀速度，及步骤(2)中的，确定驾驶室单只减振器复原行程的初次开阀阻尼力，即：

；

(4) 确定驾驶室单只减振器复原行程最大开阀前特性曲线的斜率：

根据驾驶室减振器复原行程的平安比，步骤(2)中的，确定驾驶室单只减振器复原行程最大开阀前特性曲线的斜率，即：

；

(5) 确定驾驶室单只减振器复原行程的最大开阀阻尼力：

根据驾驶室减振器复原行程的初次开阀速度及最大开阀速度，步骤(3)中的，及步骤(4)中的，确定驾驶室单只减振器复原行程的最大开阀阻尼力，即：

；

(6) 确定驾驶室单只减振器压缩行程的初次开阀阻尼力：

根据驾驶室单只减振器压缩行程的初次开阀速度，步骤（2）中的，确定驾驶室单只减振器压缩行程的初次开阀阻尼力：

；

 (7) 确定驾驶室单只减振器压缩行程的最大开阀阻尼力：

根据驾驶室单只减振器压缩行程的最大开阀速度，减振器双向比，确定驾驶室单只减振器压缩行程的最大开阀阻尼力，即：

；

(8) 驾驶室单只减振器最佳速度特性曲线的设计：

根据步骤（3）中的，步骤（5）中的、步骤（6）中的，及步骤（7）的，对驾驶室单只减振器最佳速度特性曲线进行设计，即驾驶室单只减振器分段线性特性曲线。

本发明比现在有技术具有的优点：

由于先前缺乏驾驶室最佳阻尼比设计计算方法，因此，对于驾驶室减振器速度特性一直没有给出可靠的设计方法，大都是采用“经验+反复试验的方法，即首先凭经验选定驾驶室减振器，然后进行整车行驶平顺性试验，最终选定驾驶室减振器，最后再通过减振器特性试验对该车驾驶室减振器特性进行设计确定。本发明根据驾驶室三质量振动系统所确定的驾驶室悬置系统最优阻尼比，利用驾驶室减振器的平安比、双向、杠杆比和安装角度，对驾驶室减振器最佳速度特性进行设计，得到设计所要求的复原和压缩行程的非线性分段特性曲线。利用该设计方法可得到可靠的驾驶室减振器速度特性，满足驾驶室悬置系统阻尼匹配对减振器速度特性的设计要求，避免了反复试验、验证和修改，使驾驶室达到最佳减振效果，满足乘坐舒适性要求；同时，还可避免了反复试验、验证和修改，降低驾驶室减振器的试验费用。

为了更好地理解本发明下面结合附图做进一步说明。

图1是驾驶室减振器最佳速度特性的设计流程图；

图2是实施例一的驾驶室单只减振器最佳速度特性设计曲线；

图3是实施例一的驾驶室设计减振器试验测得的速度特性曲线；

图4 是实施例二的驾驶室单只减振器最佳速度特性设计曲线；

图5 是实施例二的驾驶室设计减振器试验测得的速度特性曲线。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一：某卡车全浮式驾驶室单侧悬置质量，单侧悬置对应驾驶室悬置弹性系数；前悬单置点承载驾驶室质量，前悬单置点对应驾驶室悬置弹性系数；单轮对应的车身质量，即簧上质量，悬架弹簧刚度，悬架阻尼；簧下轮胎质量，轮胎刚度；C级路面参考空间频率下的路面功率谱密度值，车辆行驶速度；减振器安装杠杆比，安装角；减振器复原行程初次开阀速度，最大开阀速度；压缩行程初次开阀速度，最大开阀速度；减振器平安比，双向比。

本发明实例所提供的卡车驾驶室减振器最佳速度特性的设计方法，设计流程如图1所示，具体步骤如下：

（1）确定驾驶室悬置系统的最优阻尼比：

根据驾驶室其单侧悬置质量，单侧悬置刚度；单轮对应的簧上质量，悬架刚度，悬架阻尼；簧下轮胎质量，轮胎刚度；C级路面参考空间频率，参考空间频率下的路面功率谱密度值；车辆行驶速度，确定驾驶室悬置系统的最优阻尼比,即：

=0.2701；

式中，，根据及，所求得的基于舒适性的驾驶室悬置最佳阻尼比；，是根据及，所求得的基于安全性的驾驶室悬置最佳阻尼比；其中，和，分别是利用Matlab迭代积分求得驾驶室垂直振动加速度幅频特性平方的积分表达式和车轮动载幅频特性平方的积分表达式；和分别驾驶室垂直振动加速度频响函数和车轮动载频响函数，即 

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式中，；；；

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;；为驾驶室悬置减振器的待定阻尼；

 (2) 确定驾驶室减振器复原行程的初次开阀阻尼系数：

根据驾驶室的单悬置点(单只减振器)处的质量为，刚度，安装杠杆比及安装角度，及步骤（1）的，确定驾驶室减振器复原行程的初次开阀阻尼系数为:

=2839.22；

(3) 确定驾驶室减振器复原行程的初次开阀阻尼力:

根据减振器复原行程的初次开阀速度，及步骤(2)中的，确定驾驶室减振器复原行程的初次开阀阻尼力，即：

；

(4) 确定驾驶室减振器复原行程最大开阀前特性曲线的斜率：

根据驾驶室减振器复原行程的平安比，步骤(2)中的，确定驾驶室减振器复原行程最大开阀前特性曲线的斜率，即：

；

(5) 确定驾驶室减振器复原行程的最大开阀阻尼力：

根据驾驶室减振器的初次开阀速度及最大开阀速度，步骤(3)中的=851.77N，及步骤(4)中的=2042.602，确定驾驶室减振器复原行程的最大开阀阻尼力，即：

；

(6) 确定驾驶室减振器压缩行程的初次开阀阻尼力：

根据驾驶室减振器压缩行程的初次开阀速度，步骤（2）中的，确定驾驶室减振器压缩行程的初次开阀阻尼力：

；

(7) 确定驾驶室减振器压缩行程的最大开阀阻尼力：

根据驾驶室减振器压缩行程的最大开阀速度=1.0m/s，减振器双向比，确定驾驶室减振器压缩行程的最大开阀阻尼力，即：

=760.53N；

(8) 驾驶室减振器最佳速度特性曲线的设计：

根据步骤（3）中的=851.77N，步骤（5）中的=2281.59N，步骤（6）中的=283.92N，及步骤（7）的=760.53N，对驾驶室减振器最佳速度特性曲线进行设计，设计所得到的驾驶室减振器分段线性特性曲线，如图2所示。

利用全自动液压伺服车辆悬架综合性能试验台，对所设计减振器进行特性试验，试验所得减振器特性曲线如图3所示，与图2设计所要求的相吻合，结果表明，该卡车驾驶室减振器最佳速度特性设计方法是正确的。

实施例二：某卡车全浮式驾驶室后悬单置点(单只减振器)承载驾驶室质量，后悬单置点对应驾驶室悬置弹性系数；其他车辆参数及减振器参数与实例一相同。

采用实施例一的设计步骤，即：

（1）确定驾驶室悬置系统的最优阻尼比：

根据驾驶室其单侧悬置质量，单侧悬置刚度，单轮对应的簧上质量，悬架刚度，悬架阻尼 N.s/m，簧下轮胎质量，轮胎刚度；C级路面参考空间频率；参考空间频率下的路面功率谱密度值，及车辆行驶速度，确定驾驶室悬置系统的最优阻尼比,即：

=0.2701；

式中，，是根据及，所求得的基于舒适性的驾驶室悬置最佳阻尼比；，是根据及，所求得的基于安全性的驾驶室悬置最佳阻尼比；

(2) 确定驾驶室减振器复原行程的初次开阀阻尼系数：

根据驾驶室的后悬单悬置点(单只减振器)处的质量为，后悬单置点对应刚度，安装杠杆比及安装角度，及步骤（1）的，确定驾驶室减振器复原行程的初次开阀阻尼系数为:

=2318.21；

(3) 确定驾驶室减振器复原行程的初次开阀阻尼力:

根据减振器初次开阀速度，及步骤(2)中的，确定驾驶室减振器复原行程的初次开阀阻尼力，即：

；

(4) 确定驾驶室减振器复原行程最大开阀前特性曲线的斜率：

根据驾驶室减振器复原行程的平安比，步骤(2)中的，确定驾驶室减振器复原行程最大开阀前特性曲线的斜率，即：

；

(5) 确定驾驶室减振器复原行程的最大开阀阻尼力：

根据驾驶室减振器的初次开阀速度及最大开阀速度，步骤(3)中的=695.46N，及步骤(4)中的=1667.78，确定驾驶室减振器复原行程的最大开阀阻尼力，即：

；

(6) 确定驾驶室减振器压缩行程的初次开阀阻尼力：

根据驾驶室减振器压缩行程的初次开阀速度，步骤（2）中的，确定驾驶室减振器压缩行程的初次开阀阻尼力：

；

(7) 确定驾驶室减振器压缩行程的最大开阀阻尼力：

根据驾驶室减振器压缩行程的最大开阀速度=1.0m/s，减振器双向比，确定驾驶室减振器压缩行程的最大开阀阻尼力，即：

=620.97N；

(8) 驾驶室减振器最佳速度特性曲线的设计：

根据步骤（3）中的=695.46N，步骤（5）中的=1862.91N，步骤（6）中的=231.82N，及步骤（7）的=620.97N，对驾驶室减振器最佳速度特性曲线进行设计，设计所得到的驾驶室减振器分段线性特性曲线，如图4所示。

利用全自动液压伺服车辆悬架综合性能试验台，对所设计减振器进行特性试验，试验所得减振器特性曲线如图5所示，与图4设计所要求的相吻合，结果表明，该卡车驾驶室减振器最佳速度特性设计方法是正确的。