商用車駕駛室振動(dòng)原因的試驗(yàn)研究

申永浩

摘要：隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車在人們的生活中起著越來越重要的作用。本文就商用汽車駕駛室振動(dòng)原因進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，希望更好的保證商用汽車駕駛室的舒適性，提高商用汽車的駕駛舒適度。

關(guān)鍵詞：商用汽車；駕駛室；振動(dòng)；原因?qū)嶒?yàn)

一、項(xiàng)目及方法

（一）商用車整車原地點(diǎn)火、怠速和熄火工況振動(dòng)水平測試試驗(yàn)：試驗(yàn)時(shí)車停止在平整水平路面上，手剎車?yán)o，變速箱空擋；試驗(yàn)為原地點(diǎn)火、怠速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)和熄火工況。

（二）發(fā)動(dòng)機(jī)隔振系統(tǒng)、駕駛室隔振系統(tǒng)和整車的振動(dòng)傳遞特性試驗(yàn)：應(yīng)用錘擊法在各測點(diǎn)產(chǎn)生沖擊力，通過測試各測點(diǎn)的響應(yīng)，運(yùn)用振動(dòng)試驗(yàn)分析軟件確定各傳遞路徑的振動(dòng)傳遞特性。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

（一）振源分析

由于商用車駕駛室的劇烈振動(dòng)是在原地點(diǎn)火、怠速和熄火工況產(chǎn)生的，因此發(fā)動(dòng)機(jī)是產(chǎn)生振動(dòng)的激振源。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)，產(chǎn)生振動(dòng)的激勵(lì)力主要有：1）點(diǎn)火產(chǎn)生的爆發(fā)脈沖力；2）由旋轉(zhuǎn)和往復(fù)零部件產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩。多缸發(fā)動(dòng)機(jī)可視為幾個(gè)單缸發(fā)動(dòng)機(jī)組合而成，其作用力為各缸力的矢量和。該商用車發(fā)動(dòng)機(jī)為四缸立式直列四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，曲軸的布置方式為180°。因此產(chǎn)生二次往復(fù)慣性力產(chǎn)

F2n=4mBRω2cos2ωt

式中，r為曲柄半徑；l為連桿長度；mB為往復(fù)質(zhì)量；ω為曲柄回轉(zhuǎn)角速度；t為時(shí)間。由式（1）可知，四缸發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生二次往復(fù)慣性力的頻率f2n是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速頻率的2倍。

f2n==

式中，n為發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（r/min）。

由于點(diǎn)火產(chǎn)生的爆發(fā)脈沖壓力在缸體上產(chǎn)生繞平行于曲軸軸線的傾覆力矩，它是曲軸轉(zhuǎn)角的周期函數(shù)，等點(diǎn)火間隔的點(diǎn)火脈沖頻率fS是fS=2nN/C（3）

式中，N為氣缸數(shù)；n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；C為沖程數(shù)。

（二）發(fā)動(dòng)機(jī)和駕駛室隔振分析

隔振是使一結(jié)構(gòu)向另一結(jié)構(gòu)減小振動(dòng)或力傳遞的手段。從振動(dòng)理論可知，如隔振元件足夠軟，則除共振頻率附近外，激振源只向受振結(jié)構(gòu)傳遞很小的力。但是，隔振元件非常軟，產(chǎn)生的效果是激振源產(chǎn)生很大的靜位移和振幅。同時(shí)，只有在激振源的激振頻率高于√2倍隔振系統(tǒng)固有頻率時(shí)才有隔振效果。隔振效果的好壞是以隔振效率的，如下式所示

I=（1-Ad/Au）×100%

式中，Ad為受振結(jié)構(gòu)上懸置點(diǎn)振動(dòng)加速度峰值；Au為激振源上懸置支架點(diǎn)振動(dòng)加速度峰值。若0

1.發(fā)動(dòng)機(jī)隔振分析

由于發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的主要激振力頻率是2倍于轉(zhuǎn)速頻率的二次往復(fù)慣性力和傾覆力矩。為了減少它對(duì)車身的影響，在發(fā)動(dòng)機(jī)-變速箱部件與車身之間安裝有3個(gè)橡膠懸置以隔離發(fā)動(dòng)機(jī)的激振力傳遞到車身上。

2.駕駛室隔振分析

駕駛室上各懸置點(diǎn)在X方向都將車架上振動(dòng)放大。同時(shí)，左側(cè)后支承Z方向也將車架上的振動(dòng)放大。比較駕駛室振動(dòng)隔振效率，非放大點(diǎn)的隔振效率都不越過45%。綜上所述，從車架支承點(diǎn)傳遞到駕駛室支承點(diǎn)的隔振效率比較低，并且在X方向有放大作用。同時(shí)，在點(diǎn)火和熄火階段，駕駛室上各懸置點(diǎn)的的X、Y、Z方向振動(dòng)出現(xiàn)大的共振峰值，特別是Y方向比較顯著。駕駛室支承點(diǎn)振動(dòng)與座椅振動(dòng)比較表明，駕駛室振動(dòng)是多模態(tài)有復(fù)合振動(dòng)。

三、駕駛室結(jié)構(gòu)優(yōu)化

采用靈敏度分析方法確定駕駛室各部件厚度對(duì)駕駛室一階頻率的貢獻(xiàn)大小。經(jīng)計(jì)算可得，駕駛室一階頻率對(duì)各板件厚度的靈敏度最大的前3個(gè)部件及其對(duì)應(yīng)的靈敏度分別是：前圍立柱外板6.600Hz/mm、前圍立柱內(nèi)板0.785Hz/mm、側(cè)圍內(nèi)板0.154Hz/mm。其中前圍立柱外板靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它部件，根據(jù)駕駛室結(jié)構(gòu)零件的可制造性，及最大限度地減少模具的改變量，降低改進(jìn)成本等工程應(yīng)用的實(shí)際，僅選擇前圍立柱外板的厚度進(jìn)行調(diào)整。

當(dāng)汽車在正常路面上以低于150km/h的速度行駛時(shí)，路面不平、車輪不平衡對(duì)汽車的激勵(lì)頻率低于21Hz，而商用車的常用車速為30～70km/h，引起的激勵(lì)頻率要遠(yuǎn)低于21Hz。為了減少駕駛室的一階扭轉(zhuǎn)振動(dòng)與來自懸置下的激勵(lì)發(fā)生的相互作用，同時(shí)使其頻率避開發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速激勵(lì)頻率范圍，計(jì)劃把駕駛室一階模態(tài)頻率提高到21Hz左右。在OPTISTRUCT模塊中，以質(zhì)量，扭轉(zhuǎn)、彎曲工況下的位移，一階頻率最大21Hz為約束，以駕駛室前圍立柱外板的厚度為設(shè)計(jì)變量，駕駛室一階扭轉(zhuǎn)頻率最大為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

根據(jù)迭代結(jié)果對(duì)前圍立柱外板的厚度重新賦值，對(duì)調(diào)整后的駕駛室重新進(jìn)行模態(tài)分析，其一階扭轉(zhuǎn)頻率由原來的18.076Hz提高到了21.017Hz，如圖7，達(dá)到了目標(biāo)值。優(yōu)化后車身扭轉(zhuǎn)剛度由19867Nm/（° ）提高到23604Nm/（° ），達(dá)到同類車型扭轉(zhuǎn)剛度的范圍。車身的彎曲剛度改善不大。車身結(jié)構(gòu)調(diào)整后，駕駛室白車身的重量比原先只增加了3.5kg，因此本結(jié)構(gòu)完全兼顧了輕量化的要求。

三、結(jié)束語

通過對(duì)商用汽車駕駛室振動(dòng)原因進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，更加準(zhǔn)確的了解到了導(dǎo)致駕駛室振動(dòng)的不合理因素。能夠更好的改善商用車駕駛室的舒適性。

參考文獻(xiàn)：

[1]賀巖松，張軍峰，徐中明，等.道路試驗(yàn)條件下商用車駕駛室振動(dòng)舒適性優(yōu)化[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，2012，35（10）：1-8.