汽車懸架振動試驗臺垂向主振動的有效性研究

成海闊

摘要：隨著社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，汽車行業(yè)得到不斷的發(fā)展和壯大，人們對汽車性能方面又提出了新的要求。從汽車整體性能方面來看，懸架性能屬于其中十分重要的組成部分，對汽車主動安全性與穩(wěn)定性起到關(guān)鍵作用。由于懸架振動試驗臺垂向主振動的有效性將對試驗臺的激振效果產(chǎn)生決定性作用，因此本文通過實驗探究的方式，對垂向主振動的有效性進行分析。

關(guān)鍵詞：汽車懸架振動；主振動；有效性

引言：

汽車懸架振動對主振動有效性具有決定性作用，其主要參數(shù)為車輛吸收率、特征頻率、車輪吸收率等。當(dāng)采用人工方式對懸架裝置進行檢測時，由于存在主觀因素干擾，因此檢測結(jié)果可能會存在誤差?，F(xiàn)階段，大部分汽車企業(yè)均采用懸架振動試驗臺的方式，通過實驗的方式獲取到主振動頻率、波形、振幅等參數(shù)，以此來測試汽車的懸架性能。

1.激振實驗測試點的選擇

在本文的研究中，主要的研究對象為某公司制造的ACXX-160試驗臺，該試驗臺屬于偏心輪—平臺系統(tǒng)，該系統(tǒng)屬于激振的關(guān)鍵位置。車輪支撐板與前后梁、左右梁之間相連，形成一個四方形的框架，進而形成平臺，在偏心輪的上面放置一個彈簧，并且將其以適度的力壓緊在平臺中，偏心輪所處位置在兩個支點的兩側(cè)。由于受到交流電機的拖動影響，電機轉(zhuǎn)動的速度為1400r/min。在偏心輪旋轉(zhuǎn)的過程中，偏心輪與平臺之間產(chǎn)生較大的摩擦，進而使平臺發(fā)揮作用，對車輪產(chǎn)生一些激振反映。在平臺的前、后、左、右梁的垂向方面，利用磁座連接的方式對傳感器與壓電式進行加速，獲得四個測點在三個方向上進行振動，方向分別為縱向、垂向、橫向等。通過對平臺的單頻性垂向振動進行考察，在平臺的四周一致性進行振動，并且將垂向與橫向的振動進行對比，獲取其主導(dǎo)性，并且獲取ACXX-160試驗臺的主振動有效性[1]。

2.試驗臺激振實驗分析

電機的轉(zhuǎn)速通常為1400r/min，采樣的頻率為60Hz，時間序列方面的長度為1024點，采用F-5103型數(shù)據(jù)采集器，在偏心輪與平臺相接觸的過程中產(chǎn)生了摩擦，在對平臺進行測試的過程中，主要有四個測點，三個方向加速度的信號。對測點的振動加速度功率密度與信號進行測試。

2.1電動輪的垂向振動負效應(yīng)

2.1.1垂向振動負效應(yīng)

按照電動車的實際參數(shù)可知，選擇濾波白噪聲作為路面輸入模型，即：

按照相關(guān)參數(shù)，建立仿真模型，對車身加速度、懸架動撓度以及動載荷之間的關(guān)系進行分析，并且得出最終的仿真結(jié)果，非簧載質(zhì)量提升對車身振動方面能夠起到十分重要的促進作用，并且非簧載質(zhì)量的提升對于動撓度均方根來說也產(chǎn)生了十分重要的影響。在其質(zhì)量提升的過程中，對動載荷均方根方面也會產(chǎn)生較大的影響。由于動載荷數(shù)值的增加，將對車輪的轉(zhuǎn)彎性能、橫向穩(wěn)定性之間產(chǎn)生較大的影響，從而對整個車輛的安全性產(chǎn)生的影響。

2.1.2車速對垂向振動負效應(yīng)的影響

在對電動車的車速進行控制的過程中，最好將其保持在10-50km h-1，并且對車速對車身振動、動載荷等方面的研究中能夠得出：在車速不斷增加的情況下，車身的振動加速度方根數(shù)值、懸架動撓度數(shù)值、動載荷數(shù)值等都在一定程度上有所提升。為了去除車速產(chǎn)生的不利影響，對垂向振動負效應(yīng)進行研究的過程中，可以采用限制車速范圍的方式來實現(xiàn)[2]。

2.2主動懸架控制效果分析

2.2.1被動懸架阻尼比

從汽車的整體來看，懸架阻尼比特征將對整個車的穩(wěn)定性、平順性產(chǎn)生直接影響，如若該車處于常用的車速范圍內(nèi)，對于不同車速工況來說在概率方面均相同，則該車的阻尼比將由車身振動加速度方根、懸架動撓度方根、動載荷方根等進行確定，進而根據(jù)上述數(shù)值繪制出圖形曲線，并且對每條曲線內(nèi)部的積分最小值所對應(yīng)的阻尼比進行計算，根據(jù)各項指標(biāo)得出最佳阻尼比，然后采用不同的阻尼比系數(shù)進行積分計算，繪制出關(guān)系曲線。經(jīng)過相關(guān)實驗研究后得出，最佳阻尼比的數(shù)值為0.15，車輪動載荷中的最佳阻尼比為0.32，由此可以得出該車中的最佳阻尼比范圍在0.15-0.32之間。在實際設(shè)計的過程中，由于受到扁平式空間的限制，需要將懸架動撓度融入其中，要想使整個車輛的安全性得到顯著提升，則需要根據(jù)最小原則對阻尼比進行選取，即0.294。

2.2.2懸架隨機線性控制

在加權(quán)系數(shù)的選擇方面，能夠?qū)υO(shè)計者的懸架性能起到?jīng)Q定性作用，并且對懸架的隨機線性進行控制和分析，主要變化體現(xiàn)在加權(quán)系數(shù)的變化方面，將對懸架動撓度產(chǎn)生較大影響。而輪胎的動載荷加權(quán)系數(shù)將會對整個車輛的加速度與動載荷之間產(chǎn)生較大聯(lián)系，并且二者在參數(shù)要求方面存在一定的對立關(guān)系。在常規(guī)電動車方面，車身加速度為0.8ms-2，車輪的動載荷為266.2N，懸架的動撓度為0.004123m，只有滿足上述要求，則能夠?qū)㈦姍C所引起的車輪動載過大問題得到切實良好的解決，對懸架隨機線性進行有效的控制。

3.激振實驗結(jié)果分析

3.1前后梁的振動一致性

通過上述測試結(jié)果能夠看出，在30Hz頻率的區(qū)間中，平臺的前后梁之間在垂向振動功率方面存在較大的相同之處，主要具備以下幾個方面性質(zhì)：一是在激振的過程中，存在較強的窄帶隨機特性，重點體現(xiàn)在偏心輪的轉(zhuǎn)動速度方面，在特征頻率方面為23Hz；二是單純的處于23Hz時，具有突出激振的功率，除了上述內(nèi)容以外，在其他頻段內(nèi)均不存在激振功率，這將充分表明，在激振的過程中具有單純性；三是在平臺的前后梁中的激振頻率具有一致性特征，在數(shù)值方面主要為偏心輪轉(zhuǎn)速度的特征；四是在23Hz頻率的位置時，平臺的前后梁垂向方面有較為顯著的特征，主要體現(xiàn)在500g2/Hz，二者之間的偏差在于9%，并且在功率譜中具有十分密切的數(shù)值。因此，當(dāng)處于勻速激振的過程中，平臺在垂向方面的振動顯示成較為明顯的單頻性，在平臺的前后梁中，在垂向振動方面具有十分顯著的一致性特征[3]。

3.2垂向振動強度的主導(dǎo)性

在22-24Hz激振頻率范圍之內(nèi)，將兩組實驗數(shù)據(jù)進行對比后能夠看出，功率譜的密度分布方面存在較大的區(qū)別，進而需要對平臺中垂向振動與橫向振動的密度情況進行對比分析。在對兩次實驗結(jié)果進行對比的過程中，22-24Hz激振頻率范圍內(nèi)的分布情況如下所示：平臺垂向振動中分布狀況為集中，且特征譜值為550g2/Hz；平臺橫向振動中分布狀況為分散，且特征譜值為100g2/Hz；平臺縱向振動中分布狀況為分散，且特征譜值為130g2/Hz；由此可見，在22-24Hz激振頻率范圍內(nèi)，對特征譜值進行衡量以后，平臺垂向振動強度與橫向相比來看，在強度上為5.50倍，與縱向相比來看，在強度上為4.23倍，由此可見，垂向振動與橫向和縱向相比來看具有十分顯著的優(yōu)勢。

結(jié)論：

由于ACXX-160汽車的應(yīng)用較為廣泛，因此本文將其作為研究對象，對汽車懸架振動試驗臺進行研究，通過本次調(diào)查研究可知，在勻速激振的過程中，首先需要對振動信號進行分析，使其具有十分良好的單頻性特征，并且在平臺前后垂向進行實驗，結(jié)果得出其具有良好的一致性，并且對于平臺的垂向、橫向、縱向振動之間具有較強的主導(dǎo)性，由此可見，試驗臺中的垂向主振動與其他兩種相比來看在有效性方面更具優(yōu)勢。

參考文獻：

[1]鐘銀輝，李以農(nóng)，楊超，等. 基于主動懸架控制輪邊驅(qū)動電動車垂向振動研究[J]. 振動與沖擊，2017，36（11）：242-247.

[2]夏存良，寧國寶. 輪邊驅(qū)動電動車大質(zhì)量電動輪垂向振動負效應(yīng)主動控制[J]. 中國工程機械學(xué)報，2016，4（1）：31-34.

[3]張鐵良. 基于虛擬樣機的軌道車輛垂向/橫向振動主動控制技術(shù)研究[D]. 大連交通大學(xué)，2015.