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空氣懸架高度閥對(duì)卡車駕駛室舒適性影響的 試驗(yàn)研究
2019-06-19 12:03:01· 來源：《汽車實(shí)用技術(shù)》 作者：張小剛
摘要：空氣懸架作為一種先進(jìn)的懸置系統(tǒng)，在國內(nèi)重型卡車駕駛室上得到越來越多的應(yīng)用，高度閥是其中關(guān)鍵控制元件。由于理論模擬和計(jì)算的復(fù)雜性，通常認(rèn)為懸置系統(tǒng)
摘要：空氣懸架作為一種先進(jìn)的懸置系統(tǒng)，在國內(nèi)重型卡車駕駛室上得到越來越多的應(yīng)用，高度閥是其中關(guān)鍵控制元件。由于理論模擬和計(jì)算的復(fù)雜性，通常認(rèn)為懸置系統(tǒng)中，卡車駕駛室舒適性只取決于減震器以及氣囊等元件的特性。通過長期大量針對(duì)性的對(duì)比試驗(yàn)，確定了不同類型高度閥對(duì)駕駛室舒適性也存在較大影響；取決于高度閥不同的流量特性以及橫擺桿尺寸。
關(guān)鍵詞：空氣懸架；高度閥；駕駛室；舒適性
前言
近幾年，空氣懸掛在重型卡車駕駛室上得到越來越多的應(yīng)用，甚至很多安裝螺旋彈簧的老舊車型，也逐步更新?lián)Q代，配置了空氣懸掛系統(tǒng)。這種配置提升，對(duì)駕駛員特別是長途運(yùn)輸駕駛員來講，是一種非常積極的改進(jìn)，它極大改善了駕乘舒適性，提高了用戶體驗(yàn)?？v觀國內(nèi)市場，由于相關(guān)法規(guī)的影響，幾乎所有的主流重型卡車駕駛室都是采用平頭設(shè)計(jì)，其空氣彈簧通常是位于前后左右四個(gè)支撐點(diǎn)，或者僅位于兩個(gè)支撐點(diǎn)（通常是駕駛室后方）。由于理論計(jì)算和模擬分析的復(fù)雜性，通常認(rèn)為空氣懸掛系統(tǒng)中，卡車駕駛室舒適性只取決于減震器以及氣囊等元件的特性，而認(rèn)為高度閥對(duì)駕駛室舒適性沒有任何影響，從而將高度閥作為一個(gè)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件，采用相同的流量特性和結(jié)構(gòu)尺寸，應(yīng)用于任何形態(tài)的駕駛室設(shè)計(jì)和空氣懸掛設(shè)計(jì)中。這種做法，從越來越精細(xì)化差異化的商用車設(shè)計(jì)角度來看，顯然是有欠妥當(dāng)?shù)?。因此，?013年6月開始，在國內(nèi)相關(guān)重卡廠商的配合下，以高度閥為核心，完成了大量的針對(duì)重卡駕駛室舒適性的對(duì)比試驗(yàn)，以確定不同類型的高度閥是否對(duì)駕駛室舒適性存在一定影響，2018年12月得到足夠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)后，該試驗(yàn)暫告結(jié)束。
1 駕駛室舒適性對(duì)比試驗(yàn)的來源和目的
空氣懸掛的使用，使卡車駕駛室的舒適性相對(duì)橡膠襯套和螺旋彈簧等懸置系統(tǒng)得到顯著提升。高度閥作為空氣懸掛的核心控制元件，其性能關(guān)乎氣囊在車身載荷發(fā)生變化的情況下能否及時(shí)高效地進(jìn)行充氣和放氣。針對(duì)不同的車型、不同的駕駛室設(shè)計(jì)和空氣懸掛設(shè)計(jì)，理應(yīng)采用不同流量特性和結(jié)構(gòu)尺寸的高度閥，以滿足不同的氣囊響應(yīng)需求和安裝空間等設(shè)計(jì)需求。但實(shí)際經(jīng)過多年對(duì)歐洲和國內(nèi)重卡駕駛室高度閥使用情況的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，不同的重卡廠商、不同平臺(tái)的車型和不同空氣懸掛廠商，均采用了幾乎一模一樣的流量特性和橫擺桿尺寸的高度閥，如圖1和圖2所示。
圖1 國內(nèi)常用高度閥流量特性曲線
圖2 國內(nèi)常用高度閥橫擺桿長度（200mm）
這種“放之四海而皆準(zhǔn)”的做法顯然值得懷疑，這是其一；其二，通過與國內(nèi)部分重卡廠商的技術(shù)溝通發(fā)現(xiàn)，部分設(shè)計(jì)人員在重卡開發(fā)過程中，車身空間非常有限，但是高度閥尺寸已經(jīng)固化，迫于無奈只好在其他有可能是關(guān)鍵部件的懸置結(jié)構(gòu)上作出讓步，最終導(dǎo)致懸置整體性能低于預(yù)期；其三，國內(nèi)部分重卡廠商發(fā)現(xiàn)采用這種流量特性和橫擺桿尺寸的高度閥，在實(shí)際某些平臺(tái)應(yīng)用中，經(jīng)常出現(xiàn)諸如部分氣囊無法充氣、駕駛室姿態(tài)傾斜、甚至駕駛員感覺特別顛簸的情況，如圖3所示。
圖3 高度閥無法對(duì)氣囊充氣的問題（國內(nèi)某型號(hào)6X4 牽引車駕駛室）
基于以上三點(diǎn)的考慮，決定在國內(nèi)部分重卡廠商的配合下，以氣囊高度閥為核心，安排針對(duì)卡車駕駛室舒適性的一系列對(duì)比試驗(yàn)，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)來加以驗(yàn)證。
2 駕駛室舒適性對(duì)比試驗(yàn)方法和條件
2.1 駕駛室舒適性對(duì)比試驗(yàn)方法
目前，國內(nèi)主流重卡廠商均有成熟的駕駛室舒適性評(píng)價(jià)方法，基本包括主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)兩部分。主觀評(píng)價(jià)主要由經(jīng)驗(yàn)豐富的專職駕駛員以及團(tuán)隊(duì)來完成。當(dāng)車輛以不同速度通過同一段特定狀況的道路時(shí)，評(píng)價(jià)人員完全憑自己身體感受，對(duì)駕駛室舒適性打分，最后匯總，得到結(jié)論。由于參與人員素質(zhì)差異以及各自身體狀況容易造成感覺誤判等因素，主觀評(píng)價(jià)通常僅做參考之用。
客觀評(píng)價(jià)即通過在車身安裝試驗(yàn)設(shè)備獲取相關(guān)客觀試驗(yàn)數(shù)據(jù)來了解駕駛室舒適性具體指標(biāo)，通常在卡車駕駛室的駕駛員腳部、座椅以及座椅靠背等位置安放加速度傳感器，用來采集車輛以不同速度通過不同特定狀況的道路時(shí)各方向上的振動(dòng)加速度值，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終得到試驗(yàn)結(jié)果。由于試驗(yàn)車輛和設(shè)備的可重復(fù)性和再現(xiàn)性較高，因此，客觀評(píng)價(jià)能比較真實(shí)反映駕駛室舒適性，故本文所有試驗(yàn)也是基于客觀評(píng)價(jià)而進(jìn)行的，如圖4所示。
圖4 重卡駕駛室舒適性試驗(yàn)
為確保試驗(yàn)過程的公正和試驗(yàn)結(jié)果的可信度，雙方約定，重卡廠商自行提供試驗(yàn)車輛、試驗(yàn)設(shè)備以及場地，雙方人員共同全程參與試驗(yàn)過程，試驗(yàn)數(shù)據(jù)由重卡廠商負(fù)責(zé)采集、處理和公開。
2.2 駕駛室舒適性對(duì)比試驗(yàn)的試驗(yàn)條件
為確保舒適性對(duì)比試驗(yàn)的針對(duì)性，需要對(duì)試驗(yàn)條件進(jìn)行必要的規(guī)范，雙方經(jīng)過協(xié)商一致同意按以下條件進(jìn)行試驗(yàn)：
（1）同一重卡廠商的某平臺(tái)車型舒適性對(duì)比試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)車輛、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)場地、試驗(yàn)人員均保持不變，僅駕駛室所有高度閥更換為不同規(guī)格的；即，同一臺(tái)載有試驗(yàn)設(shè)備的試驗(yàn)車輛，分別安裝不同高度閥后，在同樣的駕駛員操作下，以同樣的速度通過同樣的路段；
（2）對(duì)于不同速段的試驗(yàn)，試驗(yàn)車輛采用不同車速勻速通過，在此過程中由試驗(yàn)設(shè)備傳感器自行采集振動(dòng)加速度值。速度范圍選取在重型卡車實(shí)際常用速段。
3 駕駛室舒適性對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果以及分析
3.1 對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果
從2013年6月份開始到2018年12月止，在國內(nèi)部分中大型重卡廠商的配合下，在市面購買國內(nèi)最常用兩種類型高度閥，標(biāo)識(shí)為A型和B 型，如圖5所示。
圖5 國內(nèi)主要兩種類型駕駛室空氣懸掛高度閥
保持車輛其他任何零部件以及載荷均不變，先后分別試驗(yàn)安裝A、B 兩種類型高度閥時(shí)，駕駛員座椅（部分試驗(yàn)亦包括副駕駛員座椅）縱向加速度值，陸續(xù)完成5輪共計(jì)8次對(duì)比試驗(yàn)，完成數(shù)據(jù)整理后，結(jié)果如圖6到圖13所示，橫坐標(biāo)為車速（km/h），縱坐標(biāo)為加權(quán)加速度均方根值（m/s2）。
圖6 安徽某重卡廠駕駛員座椅數(shù)據(jù)
圖7 安徽某重卡廠副駕駛員座椅數(shù)據(jù)
圖8 湖北某重卡廠車型1駕駛員座椅數(shù)據(jù)
圖9 湖北某重卡廠車型2駕駛員座椅數(shù)據(jù)（水泥路）
圖10 湖北某重卡廠車型2駕駛員座椅數(shù)據(jù)（瀝青路）
圖11 廣西某重卡廠車型1駕駛員座椅數(shù)據(jù)
圖12 廣西某重卡廠車型2駕駛員座椅數(shù)據(jù)（水泥路）
圖13 廣西某重卡廠車型2駕駛員座椅數(shù)據(jù)（瀝青路）
3.2 對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果分析
對(duì)以上數(shù)據(jù)分析可以看出，除了極個(gè)別數(shù)據(jù)點(diǎn)之外，在絕大多數(shù)測試結(jié)果中，B型高度閥相對(duì)A型高度閥均有明顯偏低的縱向加權(quán)加速度均方根值（平均偏差約5%到8%），這表明在相同車輛環(huán)境下，安裝B 型高度閥的駕駛室相對(duì)具有更優(yōu)的平順性和舒適性。
通過對(duì)這兩種型號(hào)高度閥的流量曲線研究以及在實(shí)車調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，高度閥橫擺桿充氣、排氣角度超過10°左右時(shí)，氣囊高度出現(xiàn)快速變化，此位置時(shí)的流量高低差異則影響到高度閥大行程沖擊時(shí)的充、排氣速度，進(jìn)而影響到氣囊在經(jīng)過顛簸路面時(shí)的響應(yīng)時(shí)間。圖14中，是兩種型高度閥流量曲線比較圖，以進(jìn)氣過程為例，排氣過程與此對(duì)稱。
圖14 A、B兩種型號(hào)高度閥流量曲線對(duì)比（壓力0.8MPa）
縱軸為流量值（L/m），橫軸為高度閥橫擺桿從水平位置向進(jìn)氣位置轉(zhuǎn)過的角度（°）。圖中可見在橫擺桿位于10°左右的位置時(shí)，兩種型號(hào)高度閥流量開始出現(xiàn)較大分歧，在12°位置時(shí)，B型高度閥流量幾乎是A型高度閥的兩倍。當(dāng)車輛顛簸時(shí)，更高的氣流量能更快速對(duì)氣囊充氣（或排氣），使氣囊維持在其設(shè)計(jì)高度不變，從而減小駕駛室縱向沖擊（加速度），最終得到更優(yōu)的平順性和舒適性。
4 結(jié)論
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