某轻型卡车驾驶室稳定性设计优化

2018-06-01程光宝

汽车实用技术 2018年10期

程光宝

（安徽江淮汽集团股份有限公司国际公司，安徽合肥 230041）

前言

卡车的驾驶室根据结构型式可分为单排、排半和双排，排半和双排即在驾驶室后方进行加长，具有储物和休息的空间，而单排则没有。卡车的驾驶室相比整车重量，占比较大，尤其是轻型卡车，会更大，如果是双排驾驶室比重则进一步增加。卡车的驾驶室基本都是非承载式的，独立的结构，然后同底盘进行非刚性的连接，驾驶室重心相对于整车位置较高，正是因为卡车驾驶室这种独立结构，其稳定性难以保证，在遇到较大风力、路面状况差、转弯等情况时，驾驶室往往左右摇摆不定，也就是我们常说的“发飘”现象，驾驶员会产生不安全感和紧张心理。

1 问题阐述

本文论述的车辆是一辆总质量为 3.5T的 N1类轻型卡车，轴距为 2490mm，驾驶室为双排驾驶室，前后轴两侧分别安装一个车轮，称之为后单胎轻卡，驾驶室同车架的连接是通过四个橡胶软垫安装，驾驶室下方则是支撑底盘前部和驾驶室重量的前悬架系统。在对样车检查时发现，驾驶室左右高度不一致，相差有20mm左右，有的左边高，而有的则右边高，在样车的路试过程中，驾驶室则均向驾驶员一侧倾斜，在路面不平，车速较快或转弯时，驾驶室摇摆不定，幅度较大，出现了前面所述的“发飘”现象，样车无法满足质量标准要求。

2 问题分析

上述问题归纳起来，可分为三个方面：

①驾驶室左右不确定的歪斜；

②行驶时驾驶室向驾驶室侧歪斜；

③在路面较差，风力较大或转弯时，驾驶室出现摇摆不定的“发飘”现象。

所述车辆驾驶室的稳定性，在卡车当中是属于较难保证的一种，该卡车驾驶室为双排，重量达到495Kg，驾驶室的重心高度为1490mm（离地高度），车辆在路面不平或装配等原因时，驾驶室重心很容易偏离中心位置，两边弹簧的平衡被打破，驾驶室向一边倾斜，左右两边机率相等的，倾斜程度取决于板簧挠度的大小。该卡车驾驶室重量很重，支撑驾驶室的悬架为钢板弹簧结构，设计刚度为 C=110N/m，对其中一辆样车进行实测，驾驶室倾斜角度为1.5°，驾驶室重心转移，驾驶室左右质量分配为350Kg和145Kg，驾驶室左右高度差为22mm，超出了设计的要求。同样，当车辆行驶时，由于驾驶员自身重量增加，重心则偏向驾驶员一方，整个驾驶室达到一个新的平衡，驾驶室左右高度差会进一步加大。车辆在不平路面，有风或转弯时，由于驾驶室较重，重心高，驾驶室的迎风面积大，弹簧新的平衡不断被打破，发生左右不定的摇摆现象，而驾驶室的侧倾刚度由板簧的刚度所决定的，样车板簧刚度不足，因而摇动幅度超出了人体的承受范围，从而产生不安全和紧张感。

图1 整车结构示意图

图2 驾驶室重心偏移，驾驶室歪斜

图3 驾驶室向驾驶员侧歪斜

3 设计方案

以上所述的问题本身是存在和无法彻底消除的，只是因为悬架参数与载重的匹配不当，造成驾驶室变形过大所引起。针对上述问题，进行了分步解决，首先，为了解决车辆正常行驶时驾驶室倾斜的问题，对悬架结构进行了更改，使用“反变形”法来消除由于驾驶员自身重量而造成驾驶室的高度差，具体方法是将悬架系统左右板簧弧高给定一个高度差，使驾驶员侧的板簧弧高大于另一侧，利用驾驶员自身的重量，使驾驶室建立新的平衡，纠正驾驶室的倾斜问题。

另外，卡车在路面较差等情况下，驾驶室由于侧倾刚度不足发生的左右摆动，而驾驶室的侧倾刚度由其自身特性和悬架刚度决定的，根据钢板弹簧的变形量与其刚度、载重关系：

其中：fc为板簧挠度，m为簧载质量，c为板簧刚度

驾驶室的自身特性（质量、重心等）的更改相对困难，优化方案中考虑对悬架的刚度进行调整。样车弹簧是设计刚度为定值的钢板弹簧，刚度为 C=110N/m，刚度偏低，因此对悬架的板簧刚度进行了增加，使驾驶室的侧倾刚度相应增加，减小了驾驶室的倾斜幅度。但是，板簧刚度的增加往往以降低驾驶的舒适度为代价的，本车辆在适度增加悬架的刚度的同时，对板簧特性进行了重新选型，将定刚度板簧改成变刚度弹簧，该弹簧在低负荷，低挠度下的刚度为130N/m，而在负荷或动挠度达到一定值时，刚度能达到 150N/m。如右下图为变刚度弹簧的特性曲线，0→1点为低负荷或相对平整路面的板簧刚度，1→2为中负荷或一般路况时的刚度曲线，2→为当满载或路况较差时，板簧的刚度达到最大值。由于变刚度弹簧特有的特性，当驾驶室晃动幅度增大时，板簧刚度进一步增加，驾驶室侧倾刚度相应增加，从而限制了驾驶室的晃动，有效的消除了驾驶时的“发飘”现象。