基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的汽車振動(dòng)傳遞特性分析

陳海燕，唐 嵐

（西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院，成都 610039）

汽車的平順性主要是保持汽車在行駛過程中產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊對(duì)乘員舒適性的影響在一定界限之內(nèi)，主要是根據(jù)乘員主觀感覺的舒適性進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)于載貨汽車，還包括保持運(yùn)輸物品的完好性，它是現(xiàn)代汽車的主要性能之一[1]。汽車平順性的好壞不僅影響駕駛員、乘員的舒適性，疲勞程度以及貨物的完好性，還影響到汽車的經(jīng)濟(jì)性甚至安全性[2]。因此，對(duì)汽車平順性的研究是汽車技術(shù)發(fā)展的重要課題。

本文就某輕型貨車，基于多工況下的道路試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用MATLAB強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，分析其振動(dòng)傳遞特性，對(duì)改善整車舒適性具有重要意義[3-4]。

1 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)參照?qǐng)?zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4970-1996《汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法》，采用八通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集某輕型貨車的振動(dòng)加速度[5]。

試驗(yàn)條件：整車各總成、部件、附件及附屬裝置在規(guī)定的位置上按規(guī)定裝備齊全，調(diào)整狀況符合技術(shù)條件的規(guī)定；輪胎氣壓應(yīng)符合汽車技術(shù)條件的規(guī)定；試驗(yàn)用燃油、機(jī)油正常；發(fā)動(dòng)機(jī)工作正常。試驗(yàn)道路包括瀝青路和砂石路兩種。瀝青路選用的是高速公路，路面狀況良好；砂石路選用的是普通公路。試驗(yàn)人員包括駕駛員和兩位操作人員，坐姿與載荷均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

試驗(yàn)坐標(biāo)系與整車坐標(biāo)系相同，即垂直方向?yàn)閆軸，左右方向?yàn)閅軸，前后方向?yàn)閄軸。傳感器測(cè)點(diǎn)位置包括：副駕駛一側(cè)3個(gè)布點(diǎn)位置，駕駛室地板固定傳感器安裝支座，三個(gè)方向各布置一個(gè)加速度傳感器；駕駛室一側(cè)3個(gè)布點(diǎn)位置，駕駛員座椅處綁定傳感器安裝支座，三個(gè)方向各布置一個(gè)加速度傳感器；動(dòng)力總成前懸置4個(gè)布點(diǎn)位置，左右主被動(dòng)側(cè)各一個(gè)加速度傳感器，主動(dòng)側(cè)安裝在靠近懸置位置的車架上，被動(dòng)側(cè)反向布置于發(fā)動(dòng)機(jī)靠近懸置位置的油底殼上；車架上2個(gè)布點(diǎn)位置，前車架與前懸架主動(dòng)側(cè)共用，后車架上端左右靠近懸架位置各布置一個(gè)加速度傳感器；車橋兩端4個(gè)布點(diǎn)位置，前后橋左右兩端靠近減振器位置各布置一個(gè)加速度傳感器，共獲得16個(gè)通道的數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)工況如表1所示。試驗(yàn)分左右兩邊進(jìn)行，試驗(yàn)前設(shè)置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)，采樣頻率為500 Hz，采樣時(shí)間間隔△t=0.002 s。待系統(tǒng)穩(wěn)定后采集加速度誤差信號(hào)，再采集各試驗(yàn)工況下傳感器的加速度時(shí)域信號(hào)。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析

吸附在輕型貨車上的傳感器，隨著測(cè)試環(huán)境的不同，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的變化，對(duì)測(cè)試信號(hào)的影響十分顯著，因而有必要在道路試驗(yàn)前采集誤差信號(hào)。在MATLAB環(huán)境下，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行誤差處理，再運(yùn)用信號(hào)工具箱進(jìn)行時(shí)域和頻域分析[6-9]。

時(shí)域傳遞率是振動(dòng)響應(yīng)的時(shí)域加速度均方根值與激勵(lì)的時(shí)域加速度均方根值之比。頻域傳遞率是將激勵(lì)與響應(yīng)的加速度信號(hào)分別進(jìn)行FFT變換，同一頻率下，響應(yīng)與激勵(lì)的幅值之比即為頻域傳遞率，以頻率為橫坐標(biāo)，頻域傳遞率為縱坐標(biāo)，得到振動(dòng)傳遞率頻域曲線[10]。下面具體分析各懸置的時(shí)域傳遞率和頻域傳遞率。

2.1 時(shí)域傳遞率

2.1.1 左右兩側(cè)各懸置的時(shí)域傳遞率

在有減振器的情況下，左右兩側(cè)各懸置在瀝青路面不同車速下的時(shí)域傳遞率如圖1所示。

從圖1（a）可看出，整體來講，左側(cè)（駕駛室一側(cè)）的時(shí)域傳遞率比右側(cè)（副駕駛一側(cè)）的時(shí)域傳遞率??；隨著車速的增加，左側(cè)的時(shí)域傳遞率均小于1；而右側(cè)的時(shí)域傳遞率，在空載和滿載時(shí)，車速約低于55 km/h大于1；車速大于90 km/h時(shí)域傳遞率降至小于1。

從圖1（b）可看出，左右兩側(cè)在不同載荷、不同車速下的時(shí)域傳遞率最大值為0.20。

從圖1（c）可看出，總體來說，左側(cè)的時(shí)域傳遞率比右側(cè)的時(shí)域傳遞率大。除了左側(cè)滿載時(shí)的時(shí)域傳遞率有較大起伏外，其余基本上小于1，且隨著車速的增加，時(shí)域傳遞率呈減小趨勢(shì)。在最高車速110 km/h時(shí)，左右兩側(cè)三種裝載下的時(shí)域傳遞率低于0.4。

2.1.2 空載時(shí)不同車速下有無減振器的時(shí)域傳遞率

該輕型貨車空載時(shí)，左右兩側(cè)各懸置在不同車速下拆除減振器前后的時(shí)域傳遞率如圖2所示。

空載各個(gè)測(cè)試速度下，左右兩側(cè)有減振器時(shí)，前車架與前車橋的時(shí)域傳遞率比無減振器時(shí)的值大，輕型貨車在瀝青路面行駛時(shí)，右側(cè)的減振器令前車架與前車橋的時(shí)域傳遞率大于1，振動(dòng)呈放大狀態(tài)。

空載各個(gè)測(cè)試速度下，左側(cè)有減振器時(shí)，前車架與發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)域傳遞率同樣比無減振器時(shí)的值大，右側(cè)的情況總體來說與左側(cè)相反。但這四種情況下，前車架與發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)域傳遞率的值均很小，低于0.20。

后車架與后車橋的時(shí)域傳遞率，拆除減振器前后的值跟前車架與前車橋的時(shí)域傳遞率的情況類似，有減振器時(shí)的時(shí)域傳遞率較無減振器時(shí)要大，泥石路面上左側(cè)表現(xiàn)非常顯著。總體上時(shí)域傳遞率較小，振動(dòng)呈衰減趨勢(shì)。

2.2 頻域傳遞率

采樣點(diǎn)數(shù)較多，分析的頻率范圍在0～250 Hz，頻域傳遞率曲線起伏較大。為便于觀察，利用最小二乘法原理，擬合一條頻域傳遞率曲線。下面以輕型貨車空載時(shí) 駕駛室一側(cè)為例說明。

有減振器，在泥石路面以15 km/h勻速行駛時(shí)的頻 域傳遞率如圖3所示。

無減振器，在泥石路面以15 km/h勻速行駛時(shí)的頻 域傳遞率如圖4所示。

從圖3和圖4中可以看到，該輕型貨車在泥石路面上以15 km/h勻速行駛時(shí)，由于路面的沖擊、駕駛員操作的影響以及其他因素，有減振器時(shí)的頻域傳遞率比無減振器時(shí)的頻域傳遞率高，減振效果不佳。前車架與前車橋的頻域傳遞率分別在49 Hz、52 Hz時(shí)最為突出；前車架與發(fā)動(dòng)機(jī)的頻域傳遞率均小于1；后車架與后車橋的頻域傳遞率隨著頻率的增大呈振蕩衰減的趨勢(shì)。

有減振器，在瀝青路面以15 km/h勻速行駛時(shí)的頻域傳遞率如圖5所示。

無減振器，在瀝青路面以15 km/h勻速行駛時(shí)的頻 域傳遞率如圖6所示。

從圖5和圖6中可以看到，該車空載時(shí)，以15 km/h在瀝青路面勻速行駛時(shí)，減振器的減振效果非常顯著。在無減振器的情況下，前車架與前車橋的頻域傳遞率在113 Hz時(shí)最為顯著，高達(dá)36.16。經(jīng)減振，頻域傳遞率降至4.46，降幅達(dá)87.7%；前車架與發(fā)動(dòng)機(jī)的頻域傳遞率在無減振器的情況下，最大值低于0.72；而在減振器的作用下，進(jìn)一步降低到0.03；后車架與后車橋在113 Hz時(shí)，頻域傳遞率仍然在最高點(diǎn)，達(dá)19.74，減振后達(dá)到0.95，有效抑制了振動(dòng)。

3 結(jié)論

由分析可知，該輕型貨車在瀝青路面的減振效果較為顯著，在泥石路面的隔振效果表現(xiàn)不佳，可以對(duì)減振器的結(jié)構(gòu)、安裝位置等作進(jìn)一步改進(jìn)。

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