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10.16638/jki.1671-7988.2018.17.056
李伟，苟炜伟，陈博，张晓明，黄焕丽，王邵文
（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）
摘 要：重型卡车驾驶室翻转机构是通过一些液压元件来满足驾驶室翻转及锁止的机械结构。重型卡车为了发动机及底盘附件检修方便，一般都设置有驾驶室翻转机构。差动式翻转机构由于油缸双腔同时供油，翻转过程更平稳，缸筒采用变径设计，在车辆行驶时，活塞杆可以在扩径区自由伸缩。文章重点介绍了差动式翻转系统应用过程中的设计要求和测试方法。
关键词：重型卡车；驾驶室；翻转机构；液压油缸
中图分类号：U462  文献标识码：A  文章编号：1671-7988(2018)17-168-04
Cab tilting system design of heavy truck
Li Wei, Gou Weiwei, Chen Bo, Zhang Xiaoming, Huang Huanli, Wang Shaowen
（Shaanxi Heavy-duty Automobile Co., LtD, Shaanxi Xi'an 710200）
Abstract: The cab tilting system of heavy truck is a sort of mechanical structure that satiafies the cab tilting and locking by hydraulic components. For engine and chassis overhaul, heavy trucks are generally designed with cab tilting system. This system work more smoothly because of the double cavity supply, With different diameter design, the cylinder can float freely while the truck is running. This paper mainly introduces the design requirements and testing methods of the cab tilting system. Keywords: Heavy truck; Cab; Tilting system; Cylinder
CLC NO.: U462  Document Code: A  Article ID: 1671-7988(2018)17-168-04
重型汽车引言
随着重卡行业的不断发展，用户逐渐呈现出年轻化趋势，客户对车辆的行驶品质和性能要求也越来越高；在车辆开发过程中，越来越关注NVH 性能。传统的卡车驾驶室，翻转油缸在底盘和驾驶室之间的浮动依靠机械式的滑槽来实现，在行驶中，由于路面冲击载荷波动较大，油缸在运动过程中，因机械部件摩擦产生噪声，不利于降低驾驶室内的噪音。本文以某重卡驾驶室差动式翻转油缸应用为例，阐述了驾驶室翻转系统设计要求和测试方法。
1 差动式翻转系统液压原理
1.1 驾驶室翻转机构组成
重型卡车为了保证底盘各部件维修便利性，一般都采用液压系统实现驾驶室的翻转，典型的系统组成如图1所示。差动式翻转系统的主要组成有：
图1  翻转系统组成
作者简介：李伟，就职于陕西重型汽车有限公司主要从事汽车白车身及附件设计。
李伟 等：重型卡车驾驶室翻转系统设计
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液压驱动元件-柱塞式油泵；液压执行元件-油缸和液压锁；连通部件-油管。 1.2 驾驶室翻转工作过程
驾驶室举升过程：如图2所示，手动泵换向手柄旋转到举升状态；拉高摇臂操作杆，液压油随着柱塞的上下运动从油箱流到泵体中；下压摇臂操作杆，液压油在手动泵柱塞的作用下，通过油管流入到油缸上下腔中，由于油缸下腔活塞面积更大，从而产生推力，推动油缸伸长，当活塞超出油缸丧动区域后，在单向阀的止回作用下，油缸可在任意位置停留。图中红线表示进油方向；重复上述动作，油缸活塞杆不断伸长，驾驶室举升。
图2  举升液压原理
驾驶室下降过程：如图3所示，手动泵换向手柄旋转到下降状态；拉高摇臂操作杆，液压油随着柱塞的上下运动从油箱流到泵体中；下压摇臂操作杆，液压油在手动泵柱塞的作用下，通过油管流入到油缸上腔，同时在进油管压力的作用下，液控单向阀打开，油缸下腔内的液压油流回到油箱，油缸下降。在不打压时，油缸在单向阀的止回作用下，可停留在任意位置，直到进入油缸丧动区域。图中红线表示进油方向，蓝表示回油方向；重复上述动作，油缸活塞杆不断收回，驾驶室下降。
图3  下降液压原理
1.3 油缸浮动原理
差动式油缸在建立压力过程中，上下腔同时进油，举升力依靠上下腔体的压力差实现。在驾驶室无需翻转时，油缸活塞体进入底部缸筒变径区域，上下腔体实现连通，从而实现油缸随驾驶室运动而自由伸缩，浮动区间的长短，可以依
据悬置系统的行程和油缸安装角度进行设置。
2 差动式翻转系统设计
2.1 驾驶室翻转油缸布置及参数设计
驾驶室翻转油缸的布置方式，主要受驾驶室悬置的结构形式、驾驶室的质量和质心位置、翻转角度、底盘空间等因素影响。常见的布置形式如图4所示。图中各参数的含义见表1。
图4  油缸布置形式
本文所述的某重卡驾驶室翻转油缸布置位置如图5所示，设计要求见表1。
表1  设计要求
根据设计要求，结合悬置类型和底盘布置空间，油缸布置简图采用图4中第①种，详细布置参数见表2。
表2  某车型翻转油缸布置参数
汽车实用技术
170油缸的举升力计算：翻转油缸举升时受力简图如图5所
示，根据驾驶室翻转时的力矩平衡条件，翻转过程中静力模型可近似简化为：
（1）式中：F为驾驶室翻转时所需的举升力，S为油缸上安装点与翻转点的水平距离，G为驾驶室重量，L为质心与翻转点的水平距离。α为油缸倾角。
图5 油缸受力简图
根据上述公式可知，在驾驶室翻转角度为0°时，举升力最大。带入数值，计算得到最大举升力：
F=20872N（其中α=arctanx/y）。根据油缸举升力和初选油缸规格，最大举升压力P=21.7MPa。考虑实际工作过程中，由于摩擦阻力和驾驶室质量误差，压力系数η＞1.2，η=P0/P，计算得η=1.29，油缸规格满足设计要求。
2.2 驾驶室翻转油泵参数设计
根据选定的油缸规格及行程。对油泵的容积、排量及操作力进行校核。
2.2.1 油泵有效容积
油泵容积应满足翻转过程中油缸用油量，同时由于差动式液压缸在车辆行驶过程中，油缸在自由浮动区运动，有一部分油液回流。因此一般预留30%的富余空间。
（2）
计算得v=390.6ml，考虑到产品系列化和通用化设计，
选用有效容积500ml油泵。
2.2.2 举升效率计算
考虑到手动泵操作时的效率，对举升次数和举升操作力
进行计算。油泵柱塞直径r0=9mm，排量为q=4.3ml。柱塞工
作效率c=0.95，举升次数n：
（3）
计算得：n≈97由系统最大举升压力可知，手动泵操作
力有如下计算方法：
（4）
其中，l1为操作杆长度，l2为柱塞受力点到旋转中心距
离。
根据油泵参数，当l1=1m时，计算得f=165.6N。
2.3 油缸浮动行程设计
油缸在车辆行驶过程中随悬置的跳动产生自由浮动，因
此浮动区间的设置取决于悬挂行程和油缸安装角度。l0＞a+s
其中a根据悬挂浮动范围，通过三维模型测定。s为安全距
离，一般取10mm。
3 翻转系统测试
通过实车测试和台架试验可以对翻转系统各项性能进行
检测，以考察设计的合理性。
3.1 功能测试
借助于液压系统检测工具，测试过程中分别在进回油路
上安装2个压力传感器，在油缸缸筒与活塞杆端安装位移传
感器。为保证压力传感器的工作正常，在液压回路中额外安
装一个机械压力表，传感器安装如图6所示：
图6 传感器布置示意
3.1.1 静态测试
检查系统液压回路连接无误，传感器信号正常。在车辆
静止下翻转驾驶室，同时检查各项安装参数。测得数据如表
3所示。
表3 测试结果
最大举升压力18.9MPa，回拉压力20MPa。系统压力在
设计值范围内，满足设计要求。举升和回拉口压力随时间变
化曲线如图7所示。
图7 系统压力-时间曲线
3.1.2 动态测试
为监测车辆动态行驶过程中，油缸是否可以自由浮动，
以及浮动行程设计是否合理。选择厂区内石块路测试试。通
李伟 等：重型卡车驾驶室翻转系统设计
171
过测试发现，车辆以20km/h 行驶，以安装状态为零位，输出压力、位移随时间变化曲线见图8。油缸在测试过程中最大伸出量3.17mm ，最大压缩量7.3mm ，浮动行程为10.47mm ，油缸没有撞底，未超出丧动区。瞬间最大压力0.22MPa ，行驶中油缸最大液压缓冲力：F=3.14×22.5×22.5×0.22=349.7N 。压力与位移曲线无异常波动点，系统平稳。
图8  油缸位移-时间曲线
3.2 可靠性测试
在翻转综合测试台，对翻转系统进行可靠性测试。试验采用整备驾驶室进行，油缸的安装方式、驾驶室配重、翻转角度均与实车一致。经4000次循环测试后，系统功能正常，各密封部位无漏油。
4 总结
本文在某车型驾驶室翻转系统开发过程中，借助于CATIA 三维设计和试验手段，简要阐述了设计方法和验证手段。借助于翻转机构液压测试系统，可以快速、准确的检测装车结果与设计要求的符合性。在新车型开发过程中，可以
有效的验证设计方案，对可能产生的问题进行闭环验证，提升了产品开发的准确性，缩短车型开发验证周期。
（上接第155页）
本文搭建的BP 神经网络为单隐层的BP 神经网络。输入量分别为钢板弹簧位移信号与加速度信号；隐藏层采用5个隐藏层神经元；输出量为钢板弹簧位移信号预测值。BP 神经网络结构图如图4所示。
表
3
本文采用Matlab2016a 中包含的神经网络工具箱处理实验数据，根据软件中自带的函数建立本文设计的神经网络算法训练，具体步骤如下：
1）选择归一化函数mapminmax 对数据进行归一化处理。
2）确定训练数据及测试数据。 3）创建神经网络。
4）分别使用tansig 函数、purelin 函数作为隐藏层及输出层的传输函数；选用trainglm 函数训练整个网络。
5）制定网络训练参数。训练次数为20000，最小性能梯度为1e-7，目标精度为0.01%，学习率为0.01。
当迭代次数为159时，训练精度已经达到了目标精度。由结果可知，通过BP 神经网络建立的动态称重系统在误差允许范围内是一致的。处理结果见表3。
4 结论
针对当前称重系统的不足之处，本文提出了一种车载式车辆荷载质量动态称重系统的设计方案，并进行了算法研究，提出基于BP 神经网络的动态载荷计算方法。
参考文献
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