商用车驾驶室全浮式悬置系统开发_二_

商用车驾驶室全浮式悬置系统开发（二）摘要：本文介绍了一种商用车驾驶室全浮式悬置系统的设计和开发。

该系统采用了先进的电控系统和气压控制技术，通过调节空气弹簧和减震器的气压来实现对驾驶室的自适应悬挂调节，可以有效降低路面颠簸对驾驶员的影响，提升驾驶舒适度和安全性。

在系统实现方面，本文对控制算法、气压调节、悬挂参数设计等方面进行详细说明，并进行了仿真和试验验证。

最终结果表明，该系统能够有效改善商用车的驾驶舒适度和稳定性，有较高的实用价值。

关键词：商用车；驾驶室；全浮式悬置系统；自适应调节；气压控制；安全性；舒适度。

正文：1.引言随着工业化和城市化的快速发展，商用车已经成为现代物流和交通运输中不可或缺的一部分，它们承载着物流和人员运输的重要任务。

然而，由于商用车行驶的路况和工况条件较为复杂，且车身设计和悬挂系统的局限性，导致商用车驾驶舒适度和安全性面临着很大的挑战。

为了提升商用车驾驶舒适度和安全性，设计一种全浮式悬置系统显得尤为重要。

全浮式悬置系统采用气弹簧和液压减震器的组合，实现对车身的全程悬挂调节，从而达到优化车辆稳定性和驾驶舒适度的目的。

目前，国内外一些车辆制造商都已开始研发商用车全浮式悬置系统。

但是，商用车驾驶室悬置系统的特殊性和较高的技术要求，对其悬置系统的设计和开发提出了更高的要求。

本文基于市面上流行的商用车驾驶室结构，结合现有的气压控制技术和电控系统，设计并开发了一种全浮式悬置系统。

该系统通过气压调节实现自适应悬挂调节，可以显著提高商用车驾驶舒适度和安全性，为商用车领域的悬挂系统研究提供了新的思路和实践经验。

2.商用车驾驶室全浮式悬置系统设计2.1 系统基本结构和工作原理商用车驾驶室全浮式悬置系统是由气压调节器、气压传感器、减震器、气弹簧和悬挂控制器等组成。

整个系统分为两部分：电控部分和气控部分。

当车辆行驶时，气控部分的气压传感器将路面信息采集反馈到悬挂控制器，悬挂控制器根据反馈信息自动调节气压调节器，使气压调节器对气弹簧进行调节，从而实现对驾驶室的自适应悬挂调节。

口文／叶福恒许可张延平单勇（中国第一汽车集团公司技术中心）１前言全浮式悬置系统通过适当增大驾驶室在车辆垂直方向的上、下运动行程，使悬置弹簧和减振器得以充分缓冲并衰减车架上端传来的振动。

目前，国外如奔驰、斯堪尼亚、曼等６０％以上中重型货车均采用驾驶室全浮式悬置。

２０００年以前，国内生产的中重型货车普遍采用橡胶悬置，但是近几年驾驶室全浮式悬置在中重型货车上的使用也逐渐增多。

经过近１０年的发展，全浮式悬置巳经成为中重型货车的产品特征之一，并逐渐取代橡胶悬置成为商用车的标准配置。

在驾驶室悬置设计方面，武汉理工大学在２００６年运用ＡＤＡＭＳ软件中的试验设计技术对某型商用车驾驶室悬置进行了优化改进，取得了比较好的效果。

２００８年，由于出口俄罗斯的需要，中国第一汽车集团公司把驾驶室碰撞模拟仿真技术引入到驾驶室悬置改进中，通过分析改进及碰撞模拟试验等手段使最终生产车型完全满足欧洲相关法规要求。

但是，上述所采取的措施都只停留在样车试制完成以后的改进中，缺少在设计之初就采取行之有效的措施对悬置性能进行预测优化。

另外，在设计过程中，对全浮式悬置结构细节的充分分析和详细设计同样影响着悬置隔振性能的发挥。

本文通过对某商用车驾驶室全浮式悬置的开发，总结出一套合理的结构开发思路，为今后的悬置开发提供设计参考。

２全浮式悬置系统定义及主要构成全浮式悬置系统是指驾驶室所有悬置均采用螺旋弹簧、钢板弹簧或空气弹簧作为弹性支撑元件，采用液力减振器作为阻尼元件，能够获得较大行程的悬置系统。

全浮式悬置系统通常由前悬置总成和后悬置总成两部分构成，一般包括弹簧、减振器、导向机构、支撑托架、橡胶衬套或橡胶软垫等，多数前悬置还包括稳定杆。

上述结构构成使全浮式悬置能够充分衰减从路面和发动机传递到驾驶室的振动，并保持驾驶室的正确运动，可为驾驶员和乘员提供舒适的乘坐环境。

３全浮式悬置系统设计全浮式悬置系统的可靠性能及对振动的衰减能力与悬置的结构设计和参数控制密不可分。

随着重型车技术的不断升级，如何提高驾驶员的乘坐舒适性、减轻驾驶员的疲劳强度、提高车辆的安全性已经成为设计者考虑的重要因素。

目前，在欧洲重型汽车上已经广泛采用了包含空气弹簧的空气悬架和全四点振动悬置的新方法。

本文介绍一种新的驾驶室悬架形式——新型全浮式驾驶室空气悬架，并通过仿真分析说明了这种新悬架的优势。

与传统驾驶室悬架比较，该悬架不仅可有效提高驾驶员的乘坐舒适性，而且可提高驾驶室的碰撞安全性及减小驾驶室悬置点的动载荷。

重型汽车悬架系统是一个复杂的振动系统。

半挂牵引车的振动，其悬架系统由主、次悬架构成。

主悬架包括弹性系统、阻尼减振系统和导向机构；次悬架(以下称为驾驶室悬架)包括弹簧元件、减振器与导向稳定杆。

驾驶室悬架的作用舒适的驾驶室悬架可以减轻驾驶疲劳，从而使驾驶员可以将注意力集中在路面上，这无论对于随行人员、驾驶员、物流业主，还是路面行人，都有重要的安全意义；因此，设计舒适的驾驶室悬架对于长途运输业很有必要。

驾驶室悬架是用来联结驾驶室和车架的，以保证汽车的正常行驶，其主要作用包括：⑴悬挂驾驶室，承受驾驶室的质量，引导垂直运动。

⑵确保驾驶员可以感受到路面情况。

⑶优化驾驶舒适性，隔离或减小振动，减小噪声。

⑷提高安全性，承受最大冲击力，吸收碰撞能量。

⑸允许驾驶室有一定的倾斜(驾驶室在发动机上，货车独有的特征)。

驾驶室悬架一般包括独立的驾驶室前悬架和驾驶室后悬架。

每一个驾驶室悬架部分都包括弹性元件(主要作用是承受垂直载荷和缓和路面冲击)、减振装置(主要作用是加速振动的衰减)和导向机构(主要是减少转弯时驾驶室的侧倾，如纵、横向推力杆、横向稳定杆)。

传统的悬架设计1.驾驶室后悬架传统重型汽车的驾驶室后悬架采用螺旋弹簧或空气弹簧作为弹性元件，一个独立的减振器作为减振元件，几个杆件组成引导机构。

驾驶室垂直振动频率：采用空气弹簧为1.4～1.8 Hz，采用螺旋弹簧为1.8～3 Hz。

悬架系统的垂直跳跃位移为40～60 mm。

摘要由于政策导向和互联网经济爆发，国内陆上物流业蓬勃发展，重型商用车成为公路运输的主力军。

长途运输中，商用车驾驶员长期处于恶劣的振动环境下，对乘员的身心健康造成不良影响，且产生的驾驶疲劳会招致发生交通事故的隐患。

商用车驾驶室悬置系统能够有效衰减传递到驾驶室的振动能量，提升整车平顺性，并能为整车动力性和经济性等性能的发挥提供良好的保障。

因此，对商用车驾驶室悬置进行研究，于客户于制造商，都大有裨益。

首先，本文详细介绍了驾驶室悬置系统的发展历程、基本结构和功能，进行了整车道路平顺性试验，对试验采集的加速度数据按照国标要求处理后，分别以悬置振动衰减率和座椅加速度乘坐值作为评价指标，对悬置隔振性能以及整车的平顺性进行了客观评价。

试验中，悬置下方的加速度传感器采集了车架端的振动信号，作为本文理论模型的振动输入。

其次，给出了驾驶室相关参数，对弹性元件和横向稳定杆等特殊元件作了特殊处理，介绍了参数线性化的理论依据及方法。

对实际模型进行简化后，按照实际参数在ADAMS软件中建立了驾驶室悬置仿真模型，并以实测的悬下振动激励作为输入进行了振动仿真，验证了模型的精准度。

再次，根据响应面试验设计方法，对设计变量制定了多组仿真方案，根据仿真采集的数据，拟合了驾驶室地板垂向加速度和质心纵向角加速度这两个振动响应量的响应面方程，并用方差分析和统计计算方法验证了方程的显著性和有效性。

最后，根据多目标优化问题基本原理对振动响应量进行优化，对拟合的响应面方程用自适应粒子群算法进行了寻优，优化后的方案经ADAMS仿真验证，最常用车速下响应量功率谱密度峰值分别下降16%和17.3%，对应加速度均方值分别下降9.4%和8%，仿真结果的目标函数最优值与粒子群算法对方程的寻优值误差为2%，其余车速下响应量功率谱密度峰值均有明显下降，说明本文的优化工作有一定效果并且优化方法可行。

关键词：重型商用车；驾驶室悬置；ADAMS；响应面设计；粒子群算法AbstractDue to the policy guidance and the outbreak of Internet economy, the domestic highway logistics industry is booming and heavy commercial vehicles are acting as the main force of road haulage. During the process of line-haul, drivers of commercial vehicles are exposed to harsh vibrations for a long time, the resulting driving fatigue brings hidden dangers of traffic accidents and both the physical and mental health of drivers can be badly damaged. The commercial vehicle cab suspension system can effectively attenuate the vibration energy transmitted to the cab, improve the ride comfort that ensure both the acceleration performance and economic performance. Therefore, to research on the commercial cab suspension system is of great benefits to both customers and manufactures.Firstly, the development history and basic structure as well as function of cab suspension were presented in detail. Ride comfort tests were carried out，and the acceleration data was calculated according to the national standard requirements, with the vibration attenuation rate and the seat acceleration respectively used as evaluation indicators, the vibration isolation performance of cab suspension and the ride comfort were evaluated objectively. In the tests, the acceleration signal collected by the sensors underneath the suspension was transmitted from frame and used as the vibration input of the theoretical model.Secondly, the relevant parameters of the cab were given. Specialized processing for special components such as elastic components and transverse stabilizers was described detailed, after which the theory and method of parameter linearization were introduced. With several simplification of the actual model, a simulation model of cab suspension was established in the ADAMS software based on actual parameters, and several vibration simulations were carried out with the collected vibration excitation as input to verify the accuracy of the ADAMS model.Then, based on response surface methodology, multiple sets of simulation were developed for the design variables. Using the result data of the simulations, two response surface equations of the vibration responses including the vertical acceleration on cab floor and the pitch acceleration at cab centroid were fitted and used. Variance analysis and statistical calculation methods were applied to verify thesignificance and validity of the equations.Finally, the vibration responses were to be optimized based on the basic theory of multi-objective optimization. The fitted response surface equations were optimized by adaptive particle swarm optimization algorithm. The optimized scheme of parameters was verified by ADAMS simulation, in which the maximum power spectrum density of two responses at 60km/h decreased by 16%.and 17.3% and acceleration decreased by 9.4% and 8% respectively. And the maximum PSD of two responses decreased significantly at the rest speed. The optimization was indicated to have certain effects and the optimization procedure was proved to be feasible with a deviation of 2% between the optimized value coming from ADAMS simulation and the one coming from PSO algorithm as indicator.Key words: Heavy commercial vehicle; Cab suspension; ADAMS; Response surface methodology; Particle swarm optimization目录摘要 (I)Abstract (III)目录 (V)第1章绪论 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.2 驾驶室悬置系统概述 (3)1.3 驾驶室悬置国内外研究现状 (7)1.3.1 驾驶室悬置研究现状 (7)1.3.2 研究现状评述 (9)1.4 本文主要研究内容和方法 (10)1.4.1 研究内容及方法 (10)1.4.2 技术路线 (11)第2章ADAMS多体动力学及驾驶室悬置振动的相关理论 (12)2.1 ADAMS多体动力学基本理论 (12)2.1.1 多体动力学系统的模型组成 (13)2.1.2 ADAMS多体动力学的建模理论和求解方法 (13)2.2 驾驶室悬置振动模型简化及振动原理 (18)2.3 人体对振动的反应及平顺性评价 (25)2.3.1 人体对振动的反应和基本评价方法 (25)2.3.2 商用车平顺性评价方法 (27)2.4 本章小结 (29)第3章驾驶室悬置平顺性试验 (30)3.1 本文驾驶室悬置结构简介 (30)3.2 实车平顺性试验和数据采集 (31)3.2.1 试验方法及规定 (31)3.2.2 试验设备 (32)3.3 数据处理及平顺性评价 (36)3.4 本章小结 (40)第4章驾驶室悬置结构理论分析及建模 (41)4.1 ADAMS建模方法简述 (41)4.2 建立驾驶室悬置仿真模型 (42)4.2.1 模型参数介绍 (43)4.2.2 模型简化处理 (49)4.2.3 悬置模型的最终建立 (50)4.3 振动仿真及模型验证 (53)4.3.1 模型静态验证 (53)4.3.2 振动仿真设置 (54)4.3.3 仿真结果与试验结果精度验证 (56)4.4 本章小结 (59)第5章驾驶室悬置仿真试验设计 (60)5.1 试验设计原理及意义简述 (60)5.2 试验设计优化方法概述 (61)5.2.1 常用试验优化方法简述 (61)5.2.2 试验数据统计分析原理 (64)5.3 驾驶室悬置模型的响应面试验分析 (68)5.3.1 响应面试验设计 (68)5.3.2 进行仿真试验及数据后处理 (70)5.3.3 模型拟合及显著性检验 (73)5.4 本章小结 (76)第6 章驾驶室悬置系统参数优化 (77)6.1 悬置系统的多目标优化问题描述 (77)6.2 粒子群算法原理简述 (80)6.3 优化效果验证 (83)6.4 本章小结 (89)第7 章结论 (90)7.1 全文总结 (90)7.2 研究展望 (91)致谢 (92)参考文献 (94)攻读学位期间获得的科研成果 (98)附录A：各车速下模型准确度验证 (99)附录B：本文粒子群算法MATLAB程序 (101)第1章绪论商用车驾驶室悬置系统与乘员的乘坐安全性、舒适性以及车载货物的完整性息息相关，性能良好的驾驶室悬置系统能够使得乘员和货物的安全得到保障并提供更舒适的乘坐感受，因此，对商用车驾驶室悬置系统进行研究具有足够的实际意义。

商用车驾驶室悬置仿真与隔振性能优化王国林;李凯强;杨建;梁晨【摘要】针对某款商用车驾驶室悬置的开发,采用ADAMS/View软件建立其标杆车的全浮式空气弹簧悬置模型.研制了动力学等效驾驶室并进行了台架振动测试,验证了模型的正确性.在此基础上,建立了该商用车开发车型的悬置动力学模型,对其进行模态分析.以隔振性能为优化目标,采用广义简约梯度法对开发车型空气弹簧的参数进行了优化.结果表明:优化后的主驾驶座椅垂向加速度功率谱密度下降了27.6%,改善了驾驶室的隔振性能.%In view of the cab development requirements of a commercial vehicle,a model for the full float-ing air spring cab mount of its benchmark vehicle is built with ADAMS/View software.A dynamically equivalent cab is produced and tested on vibration rig, verifying the correctness of simulation model. On this basis, a dynamics model for the cab mount of the commercial vehicle on development is set up,on which a modal analysis is conduc-ted. Then a parameter optimization is performed on the air spring mount of the vehicle on development by using gen-eralized reduced gradient method with vibration isolation performance as objective.The results show that after optimi-zation the vertical acceleration PSD of main driving seat reduces by 27.6%, improving the vibration isolation per-formance of cab.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2017(039)009【总页数】6页(P1081-1086)【关键词】驾驶室悬置;隔振性能;ADAMS;参数优化【作者】王国林;李凯强;杨建;梁晨【作者单位】江苏大学汽车与交通工程学院,镇江 212013;江苏大学汽车与交通工程学院,镇江 212013;江苏大学汽车与交通工程学院,镇江 212013;江苏大学汽车与交通工程学院,镇江 212013【正文语种】中文Keywords:cab mount； vibration isolation performance； ADAMS；parameter optimization运输业在国民经济中起着重要作用，而商用车作为运输业的主体，其平顺性问题备受关注。

重型商用车驾驶室悬置系统匹配设计摘要：本文研究了重型商用车驾驶室悬置系统的匹配设计问题。

首先，介绍了驾驶室悬置系统的工作原理和功能；其次，根据汽车的结构特点和运行要求，对驾驶室悬置系统的各项参数进行了分析，并进行了系统的设计；最后，通过数学模拟和实际测试，验证了该驾驶室悬置系统的优越性。

关键词：重型商用车；驾驶室悬置系统；参数分析；匹配设计；数学模拟；实际测试正文：重型商用车作为现代交通运输的重要组成部分，其结构的设计和装备的选择直接影响着其行驶安全和舒适性。

其中，驾驶室悬置系统是重要的装备之一，其作用是通过减震、降噪、抗震等措施，保证驾驶室内的人员不会因为路面的颠簸而产生不适和安全隐患。

为了满足重型商用车的运营需求和各种路况下的安全性和舒适性要求，本文设计了一种驾驶室悬置系统匹配方案。

具体参数设计如下：1. 悬挂形式：选取气弹簧+橡胶支座的方案，可有效降低震动幅度，提高行驶舒适度。

2. 支承式样：采用三点支撑，保证驾驶室受力均衡，避免出现摆荡、倾斜等情况。

3. 悬挂自由长度：根据实际测试结果进行调整，调节悬挂长度以适应不同路况下的震动。

4. 悬挂刚度：根据负载和工作环境的不同，选取各种不同的悬挂刚度。

5. 阻尼器：选用高阻尼的氛围阻尼器，可消除驾驶室内的震动和噪声，提高舒适度和安全性。

为了验证该驾驶室悬置系统匹配方案的有效性，本文进行了数学模拟和实际测试。

通过数学模拟，我们验证了该方案的各项参数设计的合理性和合适性，可以满足各种路况下的工作需求。

同时，实际测试也证明了该方案的优越性，其舒适性和安全性都得到了有效保障。

综上所述，本文的研究为重型商用车驾驶室悬挂系统的匹配设计提供了一种有效的方案，可以提高其工作效率和舒适性，为现代交通运输事业做出积极贡献。

此外，在驾驶室悬挂系统的匹配设计中，还需要考虑车辆的负载情况。

重型商用车吨位较大，装载物品的重量也较大，因此需要在设计中充分考虑到负载的影响。

根据车辆的载重能力和配重分配情况，我们可以调整驾驶室悬挂系统的参数，从而使其适应不同的负载情况。

驾驶室悬置系统（商用车辆系统）产品信息凌云股份主要产品有半浮式和全浮式驾驶悬置系统总成。

可为各种重型卡车平台量身打造合适的产品，提高驾乘人员的舒适性，同时降低产品成本。

生产与服务：凌云以精益生产和持续改进来保持在产品领域的优势地位，这些产品可以根据客户需要的方式供货并提供服务。

半浮式驾驶室悬置系统该产品适用于两点悬浮式驾驶室，位于驾驶室底部后侧左右两个支点上，由多个支撑件和减震阻尼件组成。

全浮式驾驶室悬置系统该产品适用于四点悬浮式驾驶室，位于驾驶室底部前后左右四个支点上，由多个支撑件和减震阻尼件组成。

实验分析能力凌云可以对产品进行动力学仿真分析，对产品性能、强度进行制动、转向、垂向冲击和翻转等工况下的计算，并可随产品实物进行相关验证，从而优化产品的设计成本和制造成本，为客户提供满意的产品方案。

Products Information for Cab Suspension System (Commercial Vehicles) Lingyun Industrial Corporation Ltd. mainly manufactured semifloating and fullfloating cab suspension system assembly.We are able to manufacture approprite products for kinds platform heavy trucks.The cab suspension system made by our company, not only reduces your cost , but also makes the drivers and passengers more comfortable.Manufacture and Service:We keep our lead position in the industry by sticking to lean production and continuous improvement .We could supply products according to your demands.Semifloating Cab Suspension SystemApplied to the two-point suspended cab.It is on the both left and right pivots which are at the rear bottom of the cab,consisted of a number of supporting parts and vibration dampers.Fullfloating Cab Suspension SystemApplied to the fullfloating suspended cab. It is on the four pivots around the cab bottom,consisted of a number of supporting parts and vibration dampers.Test & Analysis CapabilityWe can carry out dynamic simulation analysis, test the performance and strength of the product under the conditions of brake,turn,vertical impact and inverting.We could also carry out the tests along with the products,so as to optimize the designing and manufacturing and make an excellent product solution for customers.。