某中型載貨車駕駛室異常共振的試驗(yàn)研究

盛云，周宇，杜志良

（濰柴動(dòng)力上海研發(fā)中心，上海 201315）

測(cè)試試驗(yàn)

某中型載貨車駕駛室異常共振的試驗(yàn)研究

盛云，周宇，杜志良

（濰柴動(dòng)力上海研發(fā)中心，上海 201315）

針對(duì)某中型載貨車在35km/h～40km/h車速附近出現(xiàn)的駕駛室異常共振問(wèn)題，進(jìn)行了道路試驗(yàn)，采集駕駛室內(nèi)與駕駛室懸置周邊位置處的振動(dòng)加速度信號(hào)。通過(guò)駕駛員總加權(quán)加速度均方根值對(duì)載貨車的乘坐舒適性進(jìn)行了客觀評(píng)價(jià)，結(jié)果表明駕駛室振動(dòng)異常，乘坐舒適性能很差；通過(guò)懸架、駕駛室懸置傳遞函數(shù)的計(jì)算與分析，發(fā)現(xiàn)駕駛室后左懸置對(duì)車橋傳遞至駕駛室的低頻振動(dòng)起到極大的放大作用，是駕駛室內(nèi)產(chǎn)生異常共振的主要原因。更換駕駛室后左懸置后，該車速段內(nèi)的異常共振問(wèn)題已消除。

載貨車；駕駛室；異常共振；平順性；振動(dòng)傳遞函數(shù)

CLC NO.:U467Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014) 12-73-04

前言

汽車平順性是指汽車在一般行駛速度范圍內(nèi)行駛時(shí)，能保證乘員不會(huì)因車身振動(dòng)而引起不舒服和疲勞的感覺(jué)，以及保持所運(yùn)貨物完整無(wú)損的性能[1]。由于行駛平順性主要是根據(jù)乘員的舒適程度來(lái)評(píng)價(jià)，又稱為乘坐舒適性。良好的乘坐舒適性能夠給載貨車的駕乘人員帶來(lái)舒適的乘坐體驗(yàn)，不易疲勞；而乘坐舒適性差的載貨車在行駛中會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)沖擊，不僅使乘員產(chǎn)生不舒適感，而且加速零部件的磨損老化，降低載貨車的可靠性及使用壽命。

載貨車駕駛室的振動(dòng)問(wèn)題往往涉及底盤懸架、駕駛室懸置及動(dòng)力總成懸置等減振元件的匹配，其解決需要多方面的專業(yè)知識(shí)和技能，而且需要一定的時(shí)間和成本。由于目前更注重載貨車的承載能力，設(shè)計(jì)過(guò)程中忽略了很多可能對(duì)乘坐舒適性帶來(lái)影響的問(wèn)題研究，這導(dǎo)致駕駛室振動(dòng)問(wèn)題越加明顯。而隨著科技的進(jìn)步與社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)于載貨汽車乘坐舒適性的要求越來(lái)越高，對(duì)于載貨車駕駛室異常振動(dòng)的研究也逐漸升溫。

載貨車駕駛室的異常振動(dòng)問(wèn)題產(chǎn)生原因主要包括車輪不平衡激勵(lì)，懸架、駕駛室懸置或動(dòng)力總成懸置隔振效果不佳。

劉大維等[2]對(duì)某自卸汽車底盤在使用過(guò)程中出現(xiàn)的異常振動(dòng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得出車輪不平衡質(zhì)量與路面不平引起的激勵(lì)頻率接近底盤車架的1階和2階固有頻率，車架產(chǎn)生共振，使自卸車底盤產(chǎn)生異常的橫向抖動(dòng)。傅春宏等[3]采用有限元仿真與實(shí)車道路試驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)某中型卡車在特定車速下駕駛室異常振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)車輪產(chǎn)生的搖振頻率與整車的固有頻率相接近，產(chǎn)生了共振。孫加平等[4]通過(guò)試驗(yàn)分析影響整車振動(dòng)的主要激勵(lì)源特性，得出造成駕駛室振動(dòng)過(guò)大的主要激勵(lì)源為車輪，同時(shí)板簧和車體的傳遞特性有待改善。王成文等[5]對(duì)某商用卡車進(jìn)行平順性道路試驗(yàn)，找出振動(dòng)的原因是駕駛室懸置的隔振效果差，與動(dòng)力總成的激勵(lì)頻率共振，影響了駕駛室舒適性。

本文對(duì)某中型載貨汽車空載狀態(tài)下以40km/h的車速勻速行駛時(shí)駕駛室產(chǎn)生的異常共振現(xiàn)象進(jìn)行試驗(yàn)研究，從振動(dòng)傳遞的角度分析共振產(chǎn)生的原因。

1、振動(dòng)傳遞特性試驗(yàn)方法

在評(píng)價(jià)隔振效果時(shí)，最常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)為系統(tǒng)振動(dòng)傳遞率[7]。試驗(yàn)測(cè)試時(shí)常用加速度形式的傳遞率表示。

如圖1所示為駕駛室振動(dòng)系統(tǒng)，其振動(dòng)輸入端為車架，振動(dòng)輸出端為駕駛室。試驗(yàn)測(cè)試時(shí)，在駕駛室懸置的各輸入與輸出端分別安裝三向振動(dòng)加速度傳感器，用于懸置振動(dòng)傳遞特性分析；在駕駛員座椅坐墊與座椅靠背安裝坐墊傳感器，在腳部地板安裝三向振動(dòng)加速度傳感器，用于駕駛員乘坐舒適性客觀評(píng)價(jià)[8]。試驗(yàn)在定遠(yuǎn)汽車試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行，道路符合法規(guī)要求，試驗(yàn)工況為30km/h～100km/h，以10km/h為間隔。

在各測(cè)點(diǎn)處可測(cè)得輸入端，即車架的振動(dòng)時(shí)域信號(hào)χ(t)；經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的傳遞后，在輸出端，即駕駛室處也有輸出信號(hào)y(t)。將兩路信號(hào)同時(shí)作快速傅里葉變換，計(jì)算自功率譜Sχχ(f)和互功率譜Sχy(f)，得到傳遞函數(shù)H(f)：

計(jì)算駕駛室懸置在其主要減振頻率范圍內(nèi)傳遞函數(shù)的平均值，即可得出振動(dòng)傳遞率。

2、異常共振時(shí)域信號(hào)分析

圖2、圖3分別為初速度50km/h四檔帶檔與空檔滑行試驗(yàn)中，駕駛員座椅坐墊垂向振動(dòng)加速度與車速的時(shí)域信號(hào)，可以看出從40km/h左右開(kāi)始，駕駛室即出現(xiàn)異常的共振，振動(dòng)幅值迅速增加，持續(xù)至30km/h附近時(shí)，共振現(xiàn)象消失。因此，基本可以排除動(dòng)力總成激勵(lì)對(duì)駕駛室共振的貢獻(xiàn)，共振可能由懸架或駕駛室懸置的異常導(dǎo)致。

3、整車平順性試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)國(guó)標(biāo)計(jì)算駕駛員總加權(quán)加速度均方根值與等效均值[8,9]，對(duì)駕駛員乘坐舒適性進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表1與圖4。從圖中可以看出，樣車在40km/h車速下振動(dòng)顯著加劇，舒適性變差，且試驗(yàn)過(guò)程中能主觀感覺(jué)到駕駛室在垂向存在異常的共振。

40km/h車速下座椅坐墊上方、座椅靠背、腳部地板各方向振動(dòng)信號(hào)的1/3倍頻程加速度均方根值的結(jié)果見(jiàn)圖5～圖7。從圖中可以看出，座椅坐墊Z向在3.15Hz的中心頻率、座椅靠背與腳部地板的Z向在3.15Hz 與20Hz的中心頻率下均有明顯的峰值。3.15Hz中心頻率處的峰值是導(dǎo)致該車速下駕駛員乘坐舒適性很差的主要原因。

表1 駕駛員舒適性計(jì)算結(jié)果

4、前懸架傳遞特性

通過(guò)時(shí)域信號(hào)的分析，已初步排除動(dòng)力總成激勵(lì)對(duì)異常共振的影響，下面分析前懸架的振動(dòng)傳遞情況。前懸架的振動(dòng)傳遞函數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖8。從圖中可以看出，前懸架在1.5Hz～5Hz范圍內(nèi)的振動(dòng)傳遞率均大于1，放大了車輪對(duì)車架的振動(dòng)傳遞；在10Hz～20Hz范圍內(nèi)振動(dòng)傳遞率均低于0.5，隔振效果較好，25Hz附近峰值為發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)的貢獻(xiàn)。

綜合來(lái)看，前左懸架在1Hz～30Hz頻率范圍內(nèi)的傳遞率均值為0.64，前右懸架在1Hz～30Hz頻率范圍內(nèi)的傳遞率均值為0.60，可認(rèn)為該載貨車前懸架對(duì)駕駛室共振不起主要的貢獻(xiàn)。

5、駕駛室懸置傳遞特性

駕駛室懸置傳遞函數(shù)的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖9。從圖中可以看出，駕駛室后左懸置在2.5Hz～5Hz頻率范圍內(nèi)，傳遞率最低為2.26，最高為6.72（峰值頻率3.42Hz），傳遞率均值為4.6，極大地放大了車架傳遞至駕駛室內(nèi)的低頻振動(dòng)；駕駛室后右懸置在8Hz～10.5Hz頻率范圍內(nèi)，傳遞率最低為1.82，最高為2.39（峰值頻率9.40Hz），傳遞率均值為2.05，對(duì)該頻段內(nèi)振動(dòng)起到了放大作用；駕駛室前懸置傳遞率總體較低。

綜合來(lái)看，在1Hz～30Hz頻率范圍內(nèi)，駕駛室前左、前右懸置的傳遞率均值均為0.7，后右懸置傳遞率均值為0.83，后左懸置傳遞率均值為1.06，對(duì)車架傳遞的振動(dòng)起到了放大作用，為駕駛室異常共振現(xiàn)象的主要原因。

圖10為前左車橋至駕駛室左側(cè)懸置上方的傳遞函數(shù)，在2.5Hz～5Hz頻率范圍內(nèi)，傳遞率最低為2.63，最高為7.92（峰值頻率3.42Hz），傳遞率均值為5.56。圖11為前右車橋至駕駛室右側(cè)懸置上方的傳遞率曲線，除部分頻率處的傳遞率超過(guò)1外，多數(shù)均低于0.5，前、后懸置在1Hz～30Hz頻率范圍內(nèi)的傳遞率均值分別為0.46與0.52。

圖12為樣車以40km/h勻速行駛時(shí)駕駛員座椅支架、副駕駛員座椅支架、儀表板與變速桿Z向振動(dòng)加速度的頻譜。從圖中可以看出30Hz以下的峰值頻率較密集，且在3.5Hz與21Hz附近存在比較大的峰值，與傳遞率分析結(jié)果相對(duì)應(yīng)。

因此，可以判斷是駕駛室后左懸置狀態(tài)異常。更換新的懸置樣件后進(jìn)行試車，發(fā)現(xiàn)35km/h～ 40km/h車速附近出現(xiàn)的異常共振現(xiàn)象已消除。

6、結(jié)論

(1) 空載狀態(tài)下，該中型載貨車以30km/h～ 100km/h的車速在良好道路上勻速行駛時(shí)，駕駛員總加權(quán)加速度均方根值介于1.22m/s2～1.79m/s2之間，主觀感覺(jué)為不舒服和很不舒服。

(2) 該中型載貨車以40km/h的車速勻速行駛時(shí)，駕駛員總加權(quán)加速度均方根值為1.79m/s2，主觀感覺(jué)為很不舒服，且在車內(nèi)能明顯感覺(jué)到異常的垂向共振。

(3) 通過(guò)懸架、駕駛室懸置傳遞函數(shù)的計(jì)算與分析，發(fā)現(xiàn)駕駛室后左懸置對(duì)車橋傳遞至駕駛室的2.5Hz～5Hz頻率范圍內(nèi)的低頻振動(dòng)起到極大的放大作用，該頻段內(nèi)傳遞率均值為5.56，而3.42Hz附近傳遞率達(dá)7.92，是導(dǎo)致駕駛室出現(xiàn)異常共振的主因。

[1] 吳光強(qiáng). 汽車?yán)碚揫M]. 北京：人民交通出版社，2007.

[2] 劉大維，陳煥明，嚴(yán)天一，等. 自卸汽車底盤異常振動(dòng)原因的試驗(yàn)分析[J]. 公路交通科技，2008, 25(11)∶ 136-139.

[3] 傅春宏，章適. 基于特性車速下的卡車駕駛室振動(dòng)原因分析[J].汽車科技，2010, 2, 8-11.

[4] 孫加平，張?jiān)钏歹?，? 某重型卡車駕駛室振動(dòng)測(cè)試與診斷[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2010, 9, 213-215.

[5] 王成文，谷吉海，龐明，等. 商用車駕駛室振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)研究[J].哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012, 28(5)∶ 591-595.

[6] 程序，吳國(guó)梁. 振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)傳遞特性與減振研究[J]. 振動(dòng)與動(dòng)態(tài)測(cè)試，1988, 4, 11-21.

[7] 史文庫(kù)，洪哲浩，趙濤. 汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng) 多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)及軟件開(kāi)發(fā)[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào) (工學(xué)版) , 2006, 36 (9)∶ 654-658.

[8] GB/T 4970-2009 汽車平順性試驗(yàn)方法[S].

[9] QC/T 474-2011 客車平順性評(píng)價(jià)指標(biāo)及其限值[S].

Experimental Research on Abnormal Resonance One Middle Truck Cab

Sheng Yun, Zhou Yu, Du Zhiliang
（Weichai Power Co., Ltd. Shanghai R&D Center, Shanghai 201315）

The road tests were carried out to analyze the cab abnormal resonance phenomenon of one middle truck under random road excitation which emerged around 35km/h～40km/h. The vibration acceleration signals of cab and cab mounting system were acquired. Through the calculation of driver general weighted acceleration root mean square, the ride comfort of the truck was evaluated subjectively. It was shown from the results that the cab vibrated abnormally with worse ride comfort. Through the calculation and analysis of suspension and cab mounting transmission functions, it is determined that the rear left cab mounting enlarged the low frequency vibration, and is the factor of cab resonance. After replacing the rear left cab mounting, the abnormal resonance of cab around 35km/h～40km/h was eliminated.

Truck; Cab; Abnormal Resonance; Ride Comfort; Vibration Transfer Function

U467

A

1671-7988(2014)12-73-04

盛云，就職于濰柴動(dòng)力上海研發(fā)中心。