汽車零部件振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)探討

楊振國(guó)

【摘 要】汽車長(zhǎng)期在公路上行駛，由于道路的復(fù)雜多變，對(duì)汽車上各個(gè)零部件的振動(dòng)性能提出了很高的要求。汽車供應(yīng)商們?cè)谘邪l(fā)期間以及批量投產(chǎn)后往往采用先進(jìn)的振動(dòng)測(cè)試技術(shù)來摸索或者是驗(yàn)證各個(gè)汽車零部件的振動(dòng)特性，從而保證汽車整體在行駛中的安順性和平穩(wěn)性。汽車上的重要零部件也有國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，必須經(jīng)受相應(yīng)的振動(dòng)條款的檢驗(yàn)，可見振動(dòng)技術(shù)在汽車零部件中的運(yùn)用是非常重要和廣泛的。

【關(guān)鍵詞】汽車；零部件；振動(dòng)檢測(cè)

汽車內(nèi)部從儀表板到座椅，從安全氣囊傳感器到引擎注油泵，諸多零部件都要經(jīng)過精確振動(dòng)模式和幅度的測(cè)試。在有些情況下，要用振動(dòng)檢測(cè)來驗(yàn)證汽車的各種零部件在一般路面條件下的受損程度，在另一些情況下，通過振動(dòng)檢測(cè)來識(shí)別機(jī)械發(fā)出的惱人的噪聲對(duì)人體的危害程度。

在振動(dòng)學(xué)應(yīng)用中，開發(fā)成功的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)會(huì)在試驗(yàn)室和生產(chǎn)線上制造成更加貼近真實(shí)的振動(dòng)環(huán)境。現(xiàn)在，振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)除了使用隨機(jī)波、正弦波和沖擊波的傳統(tǒng)方法，又增加了更加復(fù)雜的方法，比如隨機(jī)波上加正弦波和波形復(fù)制。

正如名稱所示，隨機(jī)正弦波是把隨機(jī)振動(dòng)與正弦波結(jié)合起來形成復(fù)雜的振動(dòng)形式，波形復(fù)制振動(dòng)模仿出真實(shí)的汽車振動(dòng)環(huán)境。隨機(jī)正弦波振動(dòng)把多個(gè)正弦波與具有寬頻帶的噪聲結(jié)合在一起，正弦波振動(dòng)可以是固定的或者是掃描式的諧波或非諧波振動(dòng)，而且在整個(gè)頻帶內(nèi)的振動(dòng)幅度是可變的。就模仿在路面變化行駛中的隨機(jī)振動(dòng)的汽車來說，其引擎轉(zhuǎn)速增加或減少時(shí)，隨機(jī)正弦波振動(dòng)是很好的檢測(cè)方法。

采用隨機(jī)正弦波振動(dòng)和波形復(fù)制方法對(duì)汽車進(jìn)行測(cè)試，可真實(shí)地再現(xiàn)汽車行駛中的實(shí)際環(huán)境，用作設(shè)計(jì)驗(yàn)證和質(zhì)量控制，現(xiàn)就對(duì)汽車中一些典型零部件分別作詳細(xì)的分析：

1.儀表板

一些汽車制造廠對(duì)儀表板組件進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，其主要目的是檢查儀表板在振動(dòng)中發(fā)出的咯吱聲和卡嗒聲，這一項(xiàng)是新車購(gòu)買者可能最不滿意的地方，也是消費(fèi)者投訴的重點(diǎn)。在檢測(cè)中，在專用振動(dòng)臺(tái)上不使用風(fēng)扇，為的是造成清靜的環(huán)境來驗(yàn)證振動(dòng)中的儀表板是否有咯吱聲和卡嗒聲，因?yàn)闆]有通風(fēng)散熱，只能在溫升超過工作溫度時(shí)做短時(shí)間的振動(dòng)測(cè)試，然后測(cè)試要暫停以便讓設(shè)備冷卻下來。

除振動(dòng)臺(tái)外，所有能發(fā)出噪聲的儀器設(shè)備，包括振動(dòng)臺(tái)的控制器都應(yīng)放在測(cè)試室的外面。遙控面板和顯示器則懸掛在測(cè)試裝置的上面，便于試驗(yàn)人員能聽見噪聲并控制檢測(cè)過程。

用于檢驗(yàn)咯吱聲和卡嗒聲的振動(dòng)模式，由隨機(jī)波、掃描正弦波和代表負(fù)荷的多段波形所構(gòu)成，其振動(dòng)幅度要控制在汽車正常行駛中的額定試驗(yàn)值內(nèi)。

在振動(dòng)檢測(cè)中，試驗(yàn)人員起著關(guān)鍵性的作用，例如施加掃描式正弦波來重復(fù)加速引擎的振動(dòng)模式，此時(shí)可能要加上幾次掃頻來發(fā)現(xiàn)異常的噪聲。由于咯吱聲和卡嗒聲難于發(fā)現(xiàn)起因，操作者必須停止對(duì)儀表板做下一步的操作，并且用于手動(dòng)方式來控制振動(dòng)頻率和振幅，檢查產(chǎn)生噪音的真正原因，這樣才能找到儀表板產(chǎn)生噪聲的機(jī)理，為產(chǎn)品供應(yīng)商提供質(zhì)量控制的手段。

檢測(cè)咯吱聲和卡嗒聲時(shí)，先進(jìn)的方式是采用加溫與日光照射相結(jié)合的振動(dòng)試驗(yàn)。一些國(guó)外先進(jìn)的試驗(yàn)室內(nèi)安裝一種集成測(cè)試系統(tǒng)，在大的溫度控制室內(nèi)安裝有電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)和太陽(yáng)陣列，試驗(yàn)人員在中央控制中心調(diào)節(jié)溫度、振動(dòng)模式和振幅以及陣列來探測(cè)噪聲。

2.汽車座椅

我們?cè)囼?yàn)室采用高新技術(shù)的振動(dòng)檢測(cè)設(shè)備來檢驗(yàn)發(fā)出咯吱聲的座椅，把座椅安裝在電動(dòng)液壓振動(dòng)臺(tái)的俯仰板上，用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀自動(dòng)檢查噪聲，可以得到1/3倍頻程頻譜。采用儀器監(jiān)視而非人工檢測(cè)，當(dāng)噪聲超過預(yù)設(shè)的電平時(shí)，會(huì)自動(dòng)通知操作人員。

由于汽車座椅更容易受到路面振動(dòng)的影響，要對(duì)座椅和它的安全帶進(jìn)行測(cè)試最好采用模仿路面技術(shù)。復(fù)制真實(shí)路面振動(dòng)波形代替?zhèn)鹘y(tǒng)的振動(dòng)方法，可取得更好的測(cè)試結(jié)果。

路面仿真用振動(dòng)臺(tái)可以重現(xiàn)汽車座椅受振動(dòng)的情況。有時(shí)由4個(gè)或6個(gè)振動(dòng)臺(tái)組成的裝置來重現(xiàn)汽車車輪同時(shí)振動(dòng)的環(huán)境，使用最先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)和快速的數(shù)字信號(hào)處理器可精確模仿實(shí)際的振動(dòng)環(huán)境。

以前，即便是模仿一般路況的持續(xù)時(shí)間不足一小時(shí)，卻需要一天的計(jì)算時(shí)間。而今天，用一臺(tái)振動(dòng)控制器便可無限期模仿路面的歷史情況，也無需幾個(gè)小時(shí)或一天的脫機(jī)計(jì)算，而且現(xiàn)在甚至能同時(shí)使用幾個(gè)振動(dòng)臺(tái)在幾個(gè)測(cè)試點(diǎn)上做模仿路面試驗(yàn)。

3.后視鏡

后視鏡組合件的穩(wěn)定性測(cè)試可用振動(dòng)臺(tái)模仿路面振動(dòng)。用后視鏡反射光束的散射測(cè)量鏡子的振動(dòng)，并查出令汽車買主討厭的振顫部件。

由于反射光束被鏡子放大了兩倍，在驅(qū)動(dòng)條件下鏡子有很小振動(dòng)都能使后視鏡影像變得模糊，要在測(cè)試過程中找出引起后視鏡影像模糊的振動(dòng)頻率，可使用可控加速度幅度的掃描正弦振動(dòng)加在后視鏡上。用激光圖像系統(tǒng)來監(jiān)視鏡子的圖像，并在鏡子諧振時(shí)拍攝出現(xiàn)的圖像。激光圖像系統(tǒng)中的程序與振動(dòng)控制系統(tǒng)通信，把振動(dòng)頻率、振幅和其它有關(guān)參數(shù)（時(shí)間和日期）儲(chǔ)存起來。

一般汽車后視鏡生產(chǎn)廠家對(duì)后視鏡組件進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試的過程是：用沖擊測(cè)試法鑒別鏡子的諧振頻率和由于引擎振動(dòng)引發(fā)的潛在結(jié)構(gòu)缺陷，用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀測(cè)出產(chǎn)品對(duì)沖擊的反應(yīng)，測(cè)出產(chǎn)品的諧振頻率并與預(yù)先設(shè)置的頻譜相比較，這樣便可在制造期間自動(dòng)檢驗(yàn)產(chǎn)品的質(zhì)量。

4.注油泵

注油泵承受著泵體組合件對(duì)路面和引擎的聯(lián)合振動(dòng)環(huán)境。代表引擎振動(dòng)的正弦波振動(dòng)疊加在隨機(jī)振動(dòng)的波形上，可以準(zhǔn)確地模仿路面的振動(dòng)的環(huán)境和狀況，再加上用幾個(gè)正弦波諧波來模仿引擎的振動(dòng)就非常貼近真實(shí)情況。當(dāng)你聽到的由振動(dòng)臺(tái)發(fā)出的噪聲，就等于聽到實(shí)際汽車在路上發(fā)出的聲響。

為了模仿實(shí)際安裝在引擎上的注油泵，用振動(dòng)臺(tái)上的夾具把注油泵固定后再進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試。由于夾具本身也增加了檢測(cè)的復(fù)雜性，它的機(jī)械諧振為十字軸運(yùn)動(dòng)增加額外的幅度，因此要使用開槽的工藝來減少對(duì)試驗(yàn)的影響。

最大允許的隨機(jī)和正弦振動(dòng)的幅度取決于極限頻譜、每個(gè)正弦諧波的振幅和隨機(jī)振動(dòng)附加的能譜密度。在測(cè)試期間，在十字軸方向上測(cè)得的加速度不允許超過極限頻譜，減少驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率便可避免達(dá)到這個(gè)極限。在最終的控制頻譜上出現(xiàn)槽口，表示有極限頻譜存在。

5.防撞傳感器

氣囊防撞傳感器制造廠一般采用模仿瞬時(shí)加速度的辦法來檢測(cè)每一個(gè)傳感器。測(cè)試的目的是要保證這些傳感器在未達(dá)到一定加速度之前不會(huì)激發(fā)氣囊，當(dāng)加速度達(dá)到既定值時(shí)立即激發(fā)氣囊。

在試驗(yàn)室中一般室驅(qū)動(dòng)振動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生一個(gè)半正弦形加速脈沖，或者用在實(shí)際撞車時(shí)記錄下的加速波形模仿瞬時(shí)加速度，來觀察防撞傳感器是否起作用，為了驗(yàn)證在每次沖撞時(shí)的動(dòng)作是有效的，要把傳感器牢固連接在振動(dòng)檢測(cè)設(shè)備上，由控制振動(dòng)臺(tái)的同一個(gè)計(jì)算機(jī)程序來監(jiān)視和控制。

以上是一些振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在汽車零部件中的運(yùn)用，從中可以發(fā)現(xiàn)不同的零部件其產(chǎn)生振動(dòng)噪音或者是振動(dòng)損壞的機(jī)理不完全一致，因此采用相對(duì)應(yīng)的振動(dòng)檢測(cè)方式也不完全一致，這對(duì)我們檢測(cè)人員來說是一種困難也是一種挑戰(zhàn)。今后，消費(fèi)者會(huì)更注重汽車行駛的平穩(wěn)性和舒適性，這樣給我們提出一個(gè)個(gè)新的課題去研究，也需要我們多多地學(xué)習(xí)和探索，這樣才會(huì)在這個(gè)廣闊的領(lǐng)域中做出更大的成績(jī)。