载重货车驾驶室悬置系统结构形式分析

作者:安徽江淮汽车股份有限公司 曹文超 文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2016-03-22
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对于非承载式车身结构的货车来讲,驾驶室悬置系统是其重要的组成部分,用来将驾驶室与车架固定,起到支撑驾驶室的作用;除了底盘悬架系统外,由驾驶室悬置系统构成的二级减振系统,还起到衰减车辆行驶过程中由路面激励所引起驾驶室的振动,改善车上人员的驾乘舒适性,并有效提高驾驶室结构的疲劳寿命。

我国高速公路的快速发展,极大地促进了汽车运输业的发展,而年轻的从业者对货车的舒适与豪华诉求越来越突出。随着人们对车辆驾乘舒适性的要求越来越高,以及零部件模块化发展的趋势,驾驶室悬置系统减振单元的技术也在朝着这个方向发展,并且从技术含量和产品质量上都有着长足的进步。

 

驾驶室悬置系统结构形式分类
货车驾驶室悬置系统一般分为驾驶室前悬置和驾驶室后悬置两个部分,驾驶室前、后悬置又各由左、右对称布置的两个减振单元构成,即四点悬置系统。
减振单元目前有减振橡胶垫、螺旋弹簧减振器和空气弹簧减振器三种。按减振单元选取种类的不同,驾驶室悬置系统可分为橡胶减振式、半浮式和四点悬浮式三种形式。
1. 橡胶减振式驾驶室悬置系统
橡胶减振式驾驶室悬置系统(见图1),即驾驶室前、后悬置的四个减振单元均为减振橡胶垫。该种形式结构简单,成本低,但减振橡胶垫刚度大,共振频率一般为6Hz以上。虽然对于路面激励所引起的驾驶室振动有一定的衰减,但其行程小,对于大幅或高频振动的衰减效果较差。

图1 橡胶减振式驾驶室悬置系统

2.半浮式驾驶室悬置系统
如图2所示,半浮式驾驶室悬置系统的前悬置部分的两个减振单元与橡胶减振式相同,为减振橡胶垫;后悬置部分的两个减振单元为螺旋弹簧减振器或空气弹簧减振器。该种减振单元的选取布置,由后悬置减振单元刚度的降低和行程的加大,在一定程度上振动衰减效果稍有提高。

图2 半浮式驾驶室悬置系统

3.四点悬浮式驾驶室悬置系统
四点悬浮式驾驶室悬置系统的前、后悬置两部分的减振单元为螺旋弹簧减振器或空气弹簧减振器。螺旋弹簧减振器刚度小且为线性特征,共振频率一般为3Hz左右;行程大,相对于减振橡胶垫,减振效果明显;结构相对复杂,价格适中。空气弹簧减振器在载荷相同的情况下,共振频率比螺旋弹簧减振器低得多(一般为1.5Hz左右);其具有变刚度特性,共振频率可根据实际需求进行适当的改变;通过高度控制阀的实时调整可保持驾驶室相对于车架的位置不变;结构复杂,成本较高。
目前,四点悬浮式驾驶室悬置系统常见的有四点螺旋弹簧减振器和四点空气弹簧减振器结构形式,但也有前螺旋弹簧减振器后空气弹簧减振器结构形式出现,如图3所示。目前国内外各种驾驶室悬置系统结构形式的匹配适用车型如表所示。

图3 四点悬浮式驾驶室悬置系统示意图


驾驶室悬置系统减振单元的技术发展
1.减振橡胶垫
早些年的橡胶减振垫主要是平板式结构,结构简单,但几乎只能实现对整车Z方向上的振动衰减;后来逐渐应用套圈式结构,并相对于整车前悬置处采用横向布置,后悬置处采用纵向布置,以实现对整车X、Y和Z三个方向上振动的有效衰减。减振橡胶垫结构形式如图4所示。


图4 减振橡胶垫结构形式


套圈式减振橡胶垫的最初设计为实心结构,随着减振性能要求的不断提高,随后又发展出镂空结构(见图5),以获得匹配设计需要的刚度曲线特征。


图5 镂空结构套圈式减振橡胶垫

近年来,套圈式减振橡胶垫在镂空结构的基础上,还发展出一种内部空心并注入乙二醇的减振橡胶垫结构(见图6),内部设置有上腔和下腔两个腔体,腔体之间搭建阻尼孔流道;在产品振动变形的时候,可将振动能量转化为所注入的液体流动的动能,极大地衰减了由底盘传递到驾驶室的振动。


图6 空心注液结构套圈式减振橡胶垫

2.螺旋弹簧减振器
最早的悬浮式驾驶室悬置系统所采用的螺旋弹簧减振器为分体式,即螺旋弹簧与减振器相对独立,布置时占用空间大。近些年来,多数货车所应用的均为螺旋弹簧减振器总成(见图7),结构相对于原分体式稍复杂,但布置所需空间小,紧跟模块化的发展趋势。


图7 螺旋弹簧减振器总成

3.空气弹簧减振器
空气弹簧减振器在实际匹配应用时,必须配置高度控制阀来控制空气弹簧减振器的安装高度;目前多数重型高端及旗舰货车,均采用外置式高度控制阀来实现对空气弹簧减振器的高度控制,结构相对简单,但布置及装配时所需连接管路较多,且在装配后还需对高度控制阀进行调节,以让空气弹簧减振器达到设计安装高度,装配过程复杂。
在零部件模块化的发展趋势下,近两年,欧洲一些高端重型货车上,率先应用一种将高度控制阀集成内置的空气弹簧减振器总成(CALM,见图8),不但省去了高度控制阀的布置,而且无需装配后进行人工调节即可达到设计安装高度,对振动的衰减效率及灵敏度极高,但其结构复杂且成本高,目前国内供应商还无较成熟的技术支持。


图8 CALM总成
 

结语
目前,国内对于货车驾驶室悬置系统的自主开发,还处在借鉴、模仿国外同类产品结构到正向创新设计的过渡阶段,往往在开发初期无法有针对性的选择好驾驶室悬置系统结构形式,进行有效的开发。驾驶室悬置系统减振单元的参数匹配也主要以经验为主,对于悬浮式驾驶室悬置系统的开发更是如此。由于参数选取不当,使得驾驶室悬置系统减振性能较差,高的系统结构成本,没能获得相应的性能;并且,国内对减振单元前沿技术的研究与掌握也没有做好,通过对驾驶室悬置系统减振性能的分析研究,来提高货车驾乘舒适性,还有很长的路要走。
对于国内货车企业来讲,驾驶室悬置系统的开发,首先要明确系统应用与什么车型,车辆主要行驶的道路条件如何,常用车速是多少,连续行驶多长时间等,以及货箱的形式、所运货物的种类,并结合车辆市场定位,有针对性的选取驾驶室悬置系统结构形式,开发出兼顾成本与性能的驾驶室悬置系统。

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