自卸車(chē)行駛抖動(dòng)研究與分析

楊珍 陳靖

摘 要：汽車(chē)行駛抖動(dòng)故障產(chǎn)生的機(jī)理復(fù)雜，表現(xiàn)型式也是多種多樣，行駛抖動(dòng)問(wèn)題往往會(huì)讓用戶產(chǎn)生較大的抱怨從而影響產(chǎn)品市場(chǎng)口碑。主機(jī)廠一方面采取讓利或商務(wù)補(bǔ)償來(lái)降低或消除客戶的抱怨，另一方面也在不斷尋求技術(shù)、質(zhì)量改進(jìn)，提升產(chǎn)品的駕乘舒適性。本文以某款工程自卸車(chē)故障現(xiàn)象為例，從駕駛室懸置、車(chē)輪總成動(dòng)平衡、傳動(dòng)軸的布置及動(dòng)平衡等方面分析抖動(dòng)產(chǎn)生原因并得出改善方案，為解決自卸車(chē)行駛抖動(dòng)故障提供參考。

關(guān)鍵詞：自卸車(chē) 平順性 行駛抖動(dòng) 綜合隔震率 動(dòng)平衡

1 前言

隨著商用車(chē)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展及商用車(chē)消費(fèi)者群體的年輕化，商用車(chē)消費(fèi)者對(duì)車(chē)輛乘坐的舒適性的要求也在逐步的提高。本文重點(diǎn)介紹工程自卸在正常行駛過(guò)程中，在某個(gè)特定速度段出現(xiàn)行駛抖動(dòng)故障現(xiàn)象，由于行駛抖動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理較為復(fù)雜，且會(huì)給車(chē)內(nèi)駕乘人員造成一種非常不適的振顫感，嚴(yán)重影響整車(chē)的舒適性及對(duì)該類(lèi)車(chē)型的市場(chǎng)口碑。本文從工程自卸車(chē)整車(chē)布置、駕駛室懸置匹配、車(chē)輪總成和傳動(dòng)軸的動(dòng)平衡等方面研究與分析，找出主要影響因素，有效的提出了一套解決自卸車(chē)行駛抖動(dòng)的改善方案。

2 某工程自卸車(chē)行駛抖動(dòng)現(xiàn)象及機(jī)理分析

2.1 行駛抖動(dòng)現(xiàn)象

某工程自卸車(chē)是針對(duì)中短途建筑材料、工地渣土運(yùn)輸開(kāi)發(fā)的車(chē)輛。駕駛室采用平頭排半平頂駕駛室，豪華美觀，駕駛室懸置采用市場(chǎng)主流四點(diǎn)半浮，匹配玉柴4缸發(fā)動(dòng)機(jī)，法士特10檔變速箱，大速比后橋，詳細(xì)配置見(jiàn)表1。該車(chē)型動(dòng)力強(qiáng)勁，機(jī)動(dòng)靈活、通過(guò)性能好，深受用戶青睞。為了實(shí)現(xiàn)以上特點(diǎn)，該工程自卸設(shè)計(jì)時(shí)軸距小、自重輕、載質(zhì)量大，相比市場(chǎng)同類(lèi)車(chē)型，該車(chē)板簧作用長(zhǎng)度短且懸架剛度偏大，以上這些特點(diǎn)也必然會(huì)影響整車(chē)的駕乘舒適性。

該車(chē)在特定時(shí)速段內(nèi)出現(xiàn)異常抖動(dòng)現(xiàn)象，主要故障現(xiàn)象為：一級(jí)公路上空載行駛至50～55km/h左右時(shí)駕駛室出現(xiàn)上下跳動(dòng)，60 ～70km/h整車(chē)左右擺動(dòng)，特別是在彎道行駛時(shí)，故障型式明顯加重。

2.2 行駛抖動(dòng)機(jī)理分析

車(chē)輛使用過(guò)程中產(chǎn)生異常抖動(dòng)的原因錯(cuò)綜復(fù)雜，故障表現(xiàn)形式也多種多樣。而汽車(chē)作為一個(gè)系統(tǒng)，是由眾多零部件組成，在行駛時(shí)內(nèi)外部的激勵(lì)源繁多，傳遞途徑也很復(fù)雜。根據(jù)振動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理，可將振動(dòng)簡(jiǎn)化為源-傳遞路徑-響應(yīng)三個(gè)模型，駕駛室抖動(dòng)為受迫振動(dòng)，其特點(diǎn)是振動(dòng)響應(yīng)頻率等于激振頻率，通過(guò)對(duì)駕駛室振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行分析，以確定引起駕駛室異常抖動(dòng)的激勵(lì)源。

3 車(chē)輛行駛抖動(dòng)故障分析及解決措施

從影響整車(chē)平順性激勵(lì)傳遞路徑進(jìn)行分析，路面不平和車(chē)速是汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的輸入，此輸入經(jīng)過(guò)由輪胎、板簧懸架、減震器、駕駛室懸置、座墊等彈性和阻尼原件的傳遞。這些彈性原件在設(shè)計(jì)上基本都能滿足人身體對(duì)振動(dòng)的要求，而實(shí)際使用中出現(xiàn)的異常抖動(dòng)，往往是由零部件損壞或未滿足設(shè)計(jì)質(zhì)量要求所致。從汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)激勵(lì)源分析，傳遞路徑涉及到的任何一個(gè)零件的失效都可能影響汽車(chē)的平順性指標(biāo)，常見(jiàn)的故障如：傳動(dòng)軸共振、后橋擺振等。結(jié)合該工程自卸車(chē)的特點(diǎn)，通過(guò)不斷試驗(yàn)驗(yàn)證，主要確定為該車(chē)輛異常抖動(dòng)主要因素有以下幾方面：

3.1 車(chē)輪總成的故障及解決措施

通過(guò)分析故障車(chē)輛出現(xiàn)異常抖動(dòng)的時(shí)速段，主要表現(xiàn)在車(chē)輛高速時(shí)速段內(nèi)。而高速段抖動(dòng)往往輪胎均勻性因素產(chǎn)生，由于輪胎質(zhì)量相對(duì)車(chē)輪的對(duì)稱(chēng)面不對(duì)稱(chēng)，當(dāng)車(chē)輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)左右擺動(dòng)，形成動(dòng)不平衡狀態(tài)，造成車(chē)輛在行駛中車(chē)輪抖動(dòng)、駕駛室震動(dòng)的現(xiàn)象。除此之外，輪胎出現(xiàn)軸向端面材料厚度不均勻、骨架材料密度不均勻、輪胎與軸心同軸度偏移等現(xiàn)象均會(huì)造成輪胎徑向跳動(dòng)量超標(biāo)。車(chē)輛行駛在平坦路面上時(shí)，徑向力波動(dòng)如同車(chē)輛行駛在凸凹不平的路面一樣，容易引起車(chē)輛單一頻率的振動(dòng)。當(dāng)輪胎跳動(dòng)指標(biāo)超過(guò)一定范圍后，將導(dǎo)致整車(chē)行駛不平順、操縱性差，從而產(chǎn)生共振抖動(dòng)。

測(cè)量故障車(chē)輛轉(zhuǎn)向橋車(chē)輪總成的徑向跳動(dòng)、單側(cè)動(dòng)不平衡量以及鋼圈安裝面的平面度，根據(jù)實(shí)際測(cè)量值，按設(shè)計(jì)要求值進(jìn)行零部件更換，通過(guò)組織駕乘主觀評(píng)測(cè)，車(chē)輛高速擺動(dòng)故障得到明顯改善。通過(guò)驗(yàn)證，控制車(chē)輪總成的徑向跳動(dòng)、單側(cè)動(dòng)不平衡量及平面度對(duì)整車(chē)行駛舒適性有很大作用。

3.2 傳動(dòng)軸CAE分析及故障排查

自卸車(chē)形式抖動(dòng)問(wèn)題其中的另一個(gè)主要因素是由傳動(dòng)軸的共振引起的，當(dāng)車(chē)輛提速至共振車(chē)速時(shí)，車(chē)輛會(huì)發(fā)生抖動(dòng)問(wèn)題。傳動(dòng)軸彎振引起抖動(dòng)的主要內(nèi)因是：傳動(dòng)系統(tǒng)的彎振作為傳動(dòng)系統(tǒng)的固有屬性與發(fā)動(dòng)機(jī)二階點(diǎn)火頻率或傳動(dòng)軸自身旋轉(zhuǎn)激勵(lì)產(chǎn)生共振。通過(guò)傳動(dòng)軸CAE模態(tài)分析，計(jì)算得到傳動(dòng)軸的陣型和模態(tài)頻率分析結(jié)果如表所示。

由分析的模態(tài)結(jié)果看出，當(dāng)最高車(chē)速為80Km/h時(shí)，傳動(dòng)軸安全工作頻率大于傳動(dòng)軸的第一階固有頻率，存在共振風(fēng)險(xiǎn)。為了避免傳動(dòng)軸發(fā)生共振，需要將傳動(dòng)軸頻率提高到108.6Hz以上。經(jīng)對(duì)故障車(chē)輛傳動(dòng)軸軸管直徑由100mm加粗到110mm進(jìn)行路試驗(yàn)證，無(wú)傳動(dòng)軸高速共振故障。

3.3 傳動(dòng)軸布置與動(dòng)力輸入、輸出軸夾角及當(dāng)量夾角

傳動(dòng)軸與變速箱輸出軸夾角α1、與后橋輸入軸夾角α2以及傳動(dòng)軸的當(dāng)量夾角β大小是影響傳動(dòng)軸工作性能的關(guān)鍵因素，近些年來(lái)隨著載貨車(chē)領(lǐng)域大傾角后橋的推廣以及商用車(chē)動(dòng)力線匹配優(yōu)化的呼聲越來(lái)越高，α1、α2和β如何取舍能夠?qū)?chē)輛的抖動(dòng)改善最為明顯，在保持發(fā)動(dòng)機(jī)傾角不變的情況下，通過(guò)調(diào)整α2及β大小進(jìn)行試驗(yàn)分析，具體如表3：

分析以上數(shù)據(jù)和人體主觀評(píng)價(jià)，α2（°）角度越小對(duì)整車(chē)抖動(dòng)改善越明顯，后期通過(guò)開(kāi)發(fā)大傾角后橋，減小傳動(dòng)軸與后橋夾角對(duì)于這種短軸距車(chē)型異常抖動(dòng)改善非常明顯，目前已在同類(lèi)車(chē)型中進(jìn)行了批量應(yīng)用。

4 實(shí)車(chē)驗(yàn)證

通過(guò)優(yōu)化故障車(chē)輛駕駛室后懸置，檢測(cè)并提高車(chē)輪總成、傳動(dòng)軸總成精度和減小傳動(dòng)軸與后橋夾角，實(shí)車(chē)驗(yàn)證后改善明顯。同時(shí)在設(shè)計(jì)上可考慮提高傳動(dòng)軸工作頻率使其避開(kāi)發(fā)生共振的頻率，將以上方案推廣至市場(chǎng)問(wèn)題處置，異常抖動(dòng)方案可行、有效，避免了盲目的拆裝更換零部件造成人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]自卸車(chē)駕駛室抖動(dòng)原因解析 ?張紅星 汽車(chē)科技第6期.