隨著重型車技術(shù)的不斷升級，如何提高駕駛員的乘坐舒適性、減輕駕駛員的疲勞強度、提高車輛的安全性已經(jīng)成為設(shè)計者考慮的重要因素。目前，在歐洲重型汽車上已經(jīng)廣泛采用了包含空氣彈簧的空氣懸架和全四點振動懸置的新方法。



本文介紹一種新的駕駛室懸架形式——新型全浮式駕駛室空氣懸架，并通過仿真分析說明了這種新懸架的優(yōu)勢。與傳統(tǒng)駕駛室懸架比較，該懸架不僅可有效提高駕駛員的乘坐舒適性，而且可提高駕駛室的碰撞安全性及減小駕駛室懸置點的動載荷。

重型汽車懸架系統(tǒng)是一個復(fù)雜的振動系統(tǒng)。半掛牽引車的振動，其懸架系統(tǒng)由主、次懸架構(gòu)成。主懸架包括彈性系統(tǒng)、阻尼減振系統(tǒng)和導(dǎo)向機構(gòu)；次懸架(以下稱為駕駛室懸架)包括彈簧元件、減振器與導(dǎo)向穩(wěn)定桿。

駕駛室懸架的作用

舒適的駕駛室懸架可以減輕駕駛疲勞，從而使駕駛員可以將注意力集中在路面上，這無論對于隨行人員、駕駛員、物流業(yè)主，還是路面行人，都有重要的安全意義；因此，設(shè)計舒適的駕駛室懸架對于長途運輸業(yè)很有必要。

駕駛室懸架是用來聯(lián)結(jié)駕駛室和車架的，以保證汽車的正常行駛，其主要作用包括：

⑴懸掛駕駛室，承受駕駛室的質(zhì)量，引導(dǎo)垂直運動。

⑵確保駕駛員可以感受到路面情況。

⑶優(yōu)化駕駛舒適性，隔離或減小振動，減小噪聲。

⑷提高安全性，承受最大沖擊力，吸收碰撞能量。

⑸允許駕駛室有一定的傾斜(駕駛室在發(fā)動機上，貨車獨有的特征)。

駕駛室懸架一般包括獨立的駕駛室前懸架和駕駛室后懸架。每一個駕駛室懸架部分都包括彈性元件(主要作用是承受垂直載荷和緩和路面沖擊)、減振裝置(主要作用是加速振動的衰減)和導(dǎo)向機構(gòu)(主要是減少轉(zhuǎn)彎時駕駛室的側(cè)傾，如縱、橫向推力桿、橫向穩(wěn)定桿)。

傳統(tǒng)的懸架設(shè)計

1.駕駛室后懸架

傳統(tǒng)重型汽車的駕駛室后懸架采用螺旋彈簧或空氣彈簧作為彈性元件，一個獨立的減振器作為減振元件，幾個桿件組成引導(dǎo)機構(gòu)。駕駛室垂直振動頻率：采用空氣彈簧為1.4～1.8 Hz，采用螺旋彈簧為1.8～3 Hz。懸架系統(tǒng)的垂直跳躍位移為40～60 mm。

2.駕駛室前懸架

傳統(tǒng)重型汽車駕駛室前懸架采用橡膠支撐，實現(xiàn)必需的懸掛、減振和引導(dǎo)功能。這種駕駛室前懸架的垂直跳躍位移為5～20 mm，最大的垂直振動頻率可達(dá)到15 Hz。

傳統(tǒng)重型汽車駕駛室懸架采用半浮式設(shè)計，不僅成本高，而且振動頻率和駕駛位置的振動總加權(quán)加速度均方根值也較大，舒適性較差。駕駛室還會以前懸架支座為支點作俯仰轉(zhuǎn)動.



歐洲重型汽車駕駛室懸架設(shè)計

1.駕駛室后懸架

歐洲重型汽車駕駛室后懸架采用螺旋或空氣彈簧與減振器集成在一起的減振器，這種技術(shù)誕生于1987年，目前是歐洲商用車的國家標(biāo)準(zhǔn)。駕駛室垂直振動頻率：采用空氣彈簧為1.0～1.4 Hz，采用螺旋彈簧為1.8～3 Hz。駕駛室的垂直跳動為80～100 mm。

2.駕駛室前懸架

歐洲重型汽車駕駛室前懸架的引導(dǎo)機構(gòu)是根拉桿，它起穩(wěn)定駕駛室的作用。對于后懸架、減振器與彈性元件是一體的。前懸架的跳躍范圍和振動頻率和后懸架相近。

歐洲重型汽車駕駛室在前后懸架中還采用了一種穩(wěn)定控制裝置，起穩(wěn)定駕駛室的作用。歐洲重型汽車駕駛室懸架設(shè)計能提供較好地乘坐舒適性，但是，這種懸架結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，前懸架拉桿的布置位置要求嚴(yán)格，碰撞安全性也不高。

新型全浮式駕駛室空氣懸架

對于傳統(tǒng)重型汽車開發(fā)一種新型全浮式駕駛室空氣懸架是基于一般的駕駛室功能分析后提出的。采用新的駕駛室懸架后，能夠較好地達(dá)到各項功能標(biāo)準(zhǔn)，如乘坐舒適性、平順性、噪聲、成本、碰撞安全性、尺寸、質(zhì)量、操縱性和模塊化要求。系統(tǒng)評估顯示，利用麥弗遜原理聯(lián)結(jié)空氣彈簧和多軸支桿的駕駛室懸架系統(tǒng)是理想的設(shè)計方案。

1.設(shè)計方法

新型全浮式駕駛室懸架的工程實體模型是在系統(tǒng)設(shè)計思想的設(shè)計理論指導(dǎo)下得出的，車輛特性數(shù)據(jù)集合了大量原始數(shù)據(jù)資料包括美國OEM的新的設(shè)計思想最大的不同在于：為了確保駕駛室只在垂直方向運動，所有的支承彈性元件都是通過支撐桿來實現(xiàn)的，沒有額外的導(dǎo)向機構(gòu)?；驹O(shè)計包括4個空氣彈簧支撐部件模塊，抗扭桿(駕駛室后懸置位置)，集成的水平控制系統(tǒng)，裝配、支撐、聯(lián)結(jié)和軸套的安裝。

2.空氣彈簧支撐部件模型設(shè)計

空氣彈簧支撐桿模型的振幅和歐洲重型汽車駕駛室懸架的設(shè)計模型相似，最大為80 mm。汽車在較好路面上行駛時，系統(tǒng)的振動頻率在較低的范圍內(nèi)，同時也能夠把汽車在壞路上行駛的沖擊力限制在一定的范圍內(nèi)。

為了適合變化的路面條件，需選用可變阻尼減振器。這種減振器可以得到不同的系統(tǒng)阻尼特性。通過液壓系統(tǒng)中的柱塞在工作圓筒內(nèi)的運動實現(xiàn)可變阻尼。集成的水平控制系統(tǒng)能夠隨時控制前后的支撐桿，保證駕駛室的水平。氣體回路、聯(lián)結(jié)系統(tǒng)、額外支撐和外部的閥體都可以不用，這樣可以減少額外的花費同時也使系統(tǒng)集成化。

3.新型全浮式駕駛室空氣懸架的優(yōu)點

這種新型全浮式駕駛室空氣懸架可以提高重型汽車的駕駛乘坐舒適性、碰撞安全性和減少駕駛室懸置點的動載荷。

⑴提高乘坐舒適性。為了檢驗新駕駛室懸架的動力學(xué)特性，需分析主懸架和次懸架的相互運動關(guān)系。模擬分析結(jié)果顯示，新的懸架相對傳統(tǒng)駕駛室懸架，有著良好的動力學(xué)特性。由于車輛在縱平面的對稱性，分析四點全浮駕駛室空氣懸架可以采用左右對稱的1/2振動模型。在不同的駕駛條件下，如低級路面50 km/h或者高速公路80 km/h得到不同的舒適特性值。彎道或者變化的路面激勵輸入可以得到相應(yīng)的橫擺角度。

駕駛位置舒適性的評價指標(biāo)采用總加權(quán)加速度均方根值或ISO舒適性指標(biāo)?？偧訖?quán)加速度均方根值包括垂向、橫向和縱向加速度的加權(quán)加速度均方根值，同時可將加速度通過綜合處理計算轉(zhuǎn)化為ISO標(biāo)準(zhǔn)值。在仿真結(jié)果圖形中，高的數(shù)值代表差的乘坐舒適性，如圖7所示。重型汽車在一般路面以50 km/h行駛，新的四點全浮駕駛室總加權(quán)加速度均方根值為2 m/s2，明顯小于傳統(tǒng)駕駛室懸架，并且非線性ISO乘坐舒適性指標(biāo)值明顯減小。

⑵提高安全性。使用可變剛度的空氣彈簧相對于傳統(tǒng)設(shè)計，減小了動態(tài)載荷，使沖擊影響更小。尤其對于前駕駛室懸架，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計可以很好地避開不平路面引起的高振動頻率，使駕駛室結(jié)構(gòu)更合理、質(zhì)量更輕。

同時，有限元分析結(jié)果也顯示新型全浮式駕駛室空氣懸架碰撞安全性有了較大提高。在車架和空氣彈簧聯(lián)結(jié)處，采用橡膠墊設(shè)計，很大程度上提高了碰撞安全性。因為這些支承是駕駛室和車架唯一的聯(lián)結(jié)，一部分碰撞能量被支撐桿和橡膠墊吸收了，這對于提高駕駛室的安全性有重要的意義。

新型全浮式駕駛室空氣懸架的提出，對于提高重型汽車駕駛員的舒適性有著重要意義，對于提高碰撞安全性和減少駕駛室和車架聯(lián)結(jié)處的動載荷也有重要意義。相對于傳統(tǒng)駕駛室懸架設(shè)計，這種新型全浮式駕駛室懸架設(shè)計方法將更合理、更優(yōu)越。