申秀敏，金 巖，刁金冬，李 進(jìn)，秦立州

(中國(guó)汽車(chē)工程研究院汽車(chē)NVH及安全控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400039)

汽車(chē)的振動(dòng)在汽車(chē)的行駛過(guò)程中是不可避免的，但明顯的振動(dòng)會(huì)使汽車(chē)駕駛員與乘客產(chǎn)生不舒服的感覺(jué)，嚴(yán)重時(shí)振動(dòng)會(huì)造成結(jié)構(gòu)的共振和疲勞，從而破壞結(jié)構(gòu)，使汽車(chē)行駛的平順性變差［1－3］。車(chē)輛振動(dòng)性能已成為評(píng)價(jià)車(chē)輛質(zhì)量的重要性能指標(biāo)之一，車(chē)輛振動(dòng)性能的研究也越來(lái)越受到重視［4］。

由某商用車(chē)輛用戶(hù)在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn):車(chē)輛空載，車(chē)速70～80 km/h下坡行駛工況，制動(dòng)時(shí)，駕駛室出現(xiàn)嚴(yán)重的振動(dòng)現(xiàn)象。駕駛室的振動(dòng)是一種可以在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、座椅以及車(chē)身圍板上感覺(jué)到、觸摸到的振動(dòng)，直接影響汽車(chē)的行駛安全性，而且也會(huì)引起駕駛員的駕駛疲勞［5－6］。因此研究和控制該商用車(chē)駕駛室的制動(dòng)振動(dòng)是十分必要的。

造成駕駛室振動(dòng)的主要因素可能有［7－8］:①激勵(lì)源，主要來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)、路面以及輪胎的各種激勵(lì)過(guò)大;②振動(dòng)傳遞過(guò)程中振動(dòng)被放大，主要是激勵(lì)頻率與駕駛室各連接系統(tǒng)發(fā)生共振從而導(dǎo)致振動(dòng)的放大。為找出引起該商用車(chē)駕駛室制動(dòng)振動(dòng)的根本原因，首先進(jìn)行初步的主觀判斷大致確定振動(dòng)現(xiàn)象的來(lái)源及其主要傳遞路徑;然后進(jìn)行道路行駛試驗(yàn)測(cè)試，測(cè)量不同狀態(tài)下該商用車(chē)輛駕駛室內(nèi)的振動(dòng)加速度信號(hào)，并進(jìn)行時(shí)域和頻域分析;最后通過(guò)對(duì)不同工況和狀態(tài)下測(cè)試數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，確定出導(dǎo)致該商用車(chē)駕駛室制動(dòng)振動(dòng)的根本原因。

1 主觀判斷及分析

首先對(duì)該商用車(chē)輛駕駛室的制動(dòng)振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)車(chē)主觀感受，使車(chē)輛空載，車(chē)速70～80 km/h下坡制動(dòng)，可以明顯感受到駕駛室嚴(yán)重的振動(dòng)現(xiàn)象。

接著對(duì)該商用車(chē)進(jìn)行轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示:車(chē)輛前軸左右輪制動(dòng)力分配不均，左邊制動(dòng)力為1 245 N，右邊制動(dòng)力為1 891 N，前軸左右輪制動(dòng)力動(dòng)態(tài)不平衡達(dá)34%(根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，前軸左右輪制動(dòng)力不平衡應(yīng)小于等于20%;后軸應(yīng)小于等于24%)。

因此，可以初步判斷該商用車(chē)輛在車(chē)速70～80 km/h下坡剎車(chē)制動(dòng)時(shí)，駕駛室出現(xiàn)嚴(yán)重振動(dòng)現(xiàn)象的原因可能有:①前軸制動(dòng)系統(tǒng)，尤其是左右輪制動(dòng)力分配不均;②前軸左右輪制動(dòng)蹄片磨損程度不同;③該商用車(chē)輛的輪胎并未進(jìn)行過(guò)動(dòng)平衡調(diào)整，造成了振動(dòng)現(xiàn)象。

2 制動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)試

為進(jìn)一步確定造成車(chē)輛駕駛室制動(dòng)振動(dòng)的根源，針對(duì)該商用車(chē)駕駛室制動(dòng)振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試分析。測(cè)試工況:車(chē)輛空載，車(chē)速80 km/h，下坡剎車(chē)制動(dòng)。

測(cè)試所使用的采集系統(tǒng)為丹麥B＆K 3560 B數(shù)據(jù)采集前端，分析系統(tǒng)為Pulse 9.0，振動(dòng)傳感器為丹麥B＆K公司的4508型加速度傳感器，如圖1。為分析駕駛室的振動(dòng)特性，測(cè)試時(shí)將傳感器安裝在駕駛室副駕駛前的儀表板上，測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)及加速度傳感器布置如圖2，分別采集駕駛室垂向和前后水平方向的振動(dòng)加速度信號(hào)。

圖1 Pulse 9.0振動(dòng)噪聲測(cè)試分析系統(tǒng)Fig.1 Pulse 9.0 noise vibration test and analysis system

圖2 測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)及加速度傳感器布置Fig.2 Test site and acceleration sensors arrangement

2.1 原車(chē)狀態(tài)測(cè)試分析

圖3為原車(chē)狀態(tài)下，所測(cè)得的駕駛室振動(dòng)信號(hào)的時(shí)間歷程分析?？梢钥闯?

1)制動(dòng)過(guò)程中，駕駛室振動(dòng)出現(xiàn)了明顯的突變，尤其是垂向振動(dòng);

2)制動(dòng)過(guò)程中，駕駛室垂向振動(dòng)最大幅值達(dá)4.59m/s2;

3)制動(dòng)過(guò)程中，駕駛室前進(jìn)方向的水平向振動(dòng)最大幅值達(dá)1.67m/s2。

圖3 制動(dòng)過(guò)程時(shí)間歷程分析Fig.3 Time history analysis while braking

圖4為原車(chē)狀態(tài)下，所測(cè)得的駕駛室振動(dòng)信號(hào)的頻譜分析圖。可以看出:

1)車(chē)內(nèi)垂向振動(dòng)較水平方向振動(dòng)劇烈;

2)垂向振動(dòng)最大峰值頻率為11.3 Hz，幅值為3.56m/s2，在 23.3 Hz和 34.8 Hz也出現(xiàn)了振動(dòng)的峰值;

3)水平方向振動(dòng)的最大峰值頻率也是出現(xiàn)在11.3 Hz，幅值為 1.87m/s2，在 22.5 Hz 和 34.8 Hz也出現(xiàn)了振動(dòng)的峰值。

圖4 原車(chē)狀態(tài)車(chē)內(nèi)振動(dòng)Fig.4 Interior vibration before adjustment

該商用車(chē)僅在制動(dòng)工況駕駛室出現(xiàn)劇烈的振動(dòng)現(xiàn)象，因此可以初步確定制動(dòng)系統(tǒng)是造成駕駛室制動(dòng)振動(dòng)的主要原因。同時(shí)由于測(cè)試車(chē)輛進(jìn)行轉(zhuǎn)鼓測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn):車(chē)輛前軸左右輪制動(dòng)力分配不均。為明確前軸制動(dòng)力與駕駛室制動(dòng)振動(dòng)之間的關(guān)系，研究人員解除測(cè)試車(chē)輛的前軸制動(dòng)，再次進(jìn)行測(cè)試分析。

2.2 解除前軸制動(dòng)測(cè)試分析

圖5為解除測(cè)試車(chē)輛的前軸制動(dòng)系統(tǒng)，所測(cè)得的駕駛室振動(dòng)信號(hào)的時(shí)間歷程分析，可以看出:

1)制動(dòng)過(guò)程中，駕駛室振動(dòng)出現(xiàn)突變，較原車(chē)狀態(tài)突變程度小;

2)制動(dòng)過(guò)程中，駕駛室垂向振動(dòng)最大幅值達(dá)1.06m/s2;

3)制動(dòng)過(guò)程中，駕駛室前進(jìn)方向的水平向振動(dòng)最大幅值達(dá)0.636m/s2。

圖5 制動(dòng)過(guò)程時(shí)間歷程分析Fig.5 Time history analysis while braking

圖6為解除測(cè)試車(chē)輛的前軸制動(dòng)系統(tǒng)，所測(cè)得的駕駛室振動(dòng)信號(hào)的的頻譜分析圖，可以看出:

1)制動(dòng)過(guò)程中，車(chē)內(nèi)垂向振動(dòng)較水平方向振動(dòng)劇烈;

2)垂向振動(dòng)的最大峰值頻率為11.3 Hz，幅值為 0.809m/s2;

3)水平方向振動(dòng)的最大峰值頻率也是出現(xiàn)在11.3 Hz，幅值為 0.527m/s2。

圖6 解除前軸制動(dòng)車(chē)內(nèi)振動(dòng)Fig.6 Interior vibration after lifting front axle brake

在解除前軸制動(dòng)狀態(tài)，測(cè)試車(chē)輛駕駛室振動(dòng)現(xiàn)象給人的主觀感覺(jué)也有了明顯的改善，因此可以判定該商用車(chē)輛前軸制動(dòng)力分配不均是造成駕駛室制動(dòng)振動(dòng)的主要原因之一。

2.3 車(chē)輛零部件調(diào)整測(cè)試分析

對(duì)測(cè)試車(chē)輛前軸左右輪制動(dòng)力進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后前軸左邊制動(dòng)力為2 058 N，右邊制動(dòng)力為1 827 N，前軸左右輪制動(dòng)力的動(dòng)態(tài)不平衡為16%，在允許范圍之內(nèi)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，車(chē)輛前軸制動(dòng)系統(tǒng)中，由于左右輪制動(dòng)力不同使得左右輪制動(dòng)蹄片磨損不同，因此，及時(shí)更換了制動(dòng)蹄片，同時(shí)更換了進(jìn)行過(guò)動(dòng)平衡的輪胎。在進(jìn)行了以上調(diào)整后，再次進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試分析。

圖7為車(chē)輛進(jìn)行零部件調(diào)整后，所測(cè)得的駕駛室振動(dòng)信號(hào)的時(shí)間歷程分析，可以看出:

圖7 制動(dòng)過(guò)程時(shí)間歷程分析Fig.7 Time history analysis while braking

1)制動(dòng)過(guò)程中，車(chē)內(nèi)垂向振動(dòng)和水平向振動(dòng)均出現(xiàn)了突變;

2)制動(dòng)過(guò)程中，駕駛室垂向振動(dòng)最大幅值為1.02m/s2;

3)制動(dòng)過(guò)程中，駕駛室前進(jìn)方向的水平向振動(dòng)最大幅值達(dá)1.0m/s2。

圖8為車(chē)輛進(jìn)行零部件調(diào)整后，所測(cè)得的駕駛室振動(dòng)信號(hào)的頻譜分析圖，可以看出:

1)制動(dòng)過(guò)程中，車(chē)內(nèi)垂向振動(dòng)與水平向振動(dòng)相差不大;

2)垂向振動(dòng)的最大峰值頻率為11.3 Hz，幅值為 0.827m/s2;

3)水平方向振動(dòng)的最大峰值頻率也是出現(xiàn)在11.3 Hz，幅值為 0.733m/s2。

圖8 零部件調(diào)整后車(chē)內(nèi)振動(dòng)Fig.8 Interior vibration after adjustment of components

該商用車(chē)輛在進(jìn)行了零部件調(diào)整后，駕駛室制動(dòng)振動(dòng)現(xiàn)象主觀感覺(jué)也有了明顯的改善，因此測(cè)試車(chē)輛前軸左右輪制動(dòng)力分配不均、左右輪制動(dòng)蹄片磨損不均勻以及輪胎動(dòng)不平衡均有可能是造成駕駛室制動(dòng)振動(dòng)的原因。

3 制動(dòng)振動(dòng)原因分析

圖9、圖10分別為3種工況制動(dòng)過(guò)程駕駛室垂向及水平方向振動(dòng)的時(shí)間歷程分析對(duì)比。

通過(guò)分析比較發(fā)現(xiàn):

1)原車(chē)狀態(tài)車(chē)輛制動(dòng)過(guò)程中，駕駛室垂向振動(dòng)及水平方向振動(dòng)的突變較其他2種工況劇烈，尤其是垂向振動(dòng)突變更為嚴(yán)重，同時(shí)故障車(chē)輛在原車(chē)狀態(tài)僅在制動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)駕駛室振動(dòng)現(xiàn)象，因此，可以初步斷定車(chē)輛的制動(dòng)系統(tǒng)是造成駕駛室振動(dòng)的主要原因。

2)解除前軸制動(dòng)后，車(chē)輛在制動(dòng)過(guò)程中，駕駛室的振動(dòng)并沒(méi)有發(fā)生劇烈的突變，因此，可以確定前軸制動(dòng)系統(tǒng)是造成故障車(chē)輛駕駛室振動(dòng)的主要原因之一。

3)零部件調(diào)整后，在制動(dòng)過(guò)程中，駕駛室振動(dòng)較原車(chē)狀態(tài)也出現(xiàn)了明顯的改善，振動(dòng)也沒(méi)有發(fā)生明顯的突變，這說(shuō)明車(chē)輛前軸左右輪制動(dòng)力分配不均、左右輪制動(dòng)蹄片磨損不均勻以及輪胎動(dòng)不平衡均有可能是造成駕駛室振動(dòng)的原因。

4)車(chē)輛在原車(chē)狀態(tài)下勻速及高速行駛中，并未產(chǎn)生車(chē)輪偏擺或是跳動(dòng)，在駕駛室內(nèi)也并未感覺(jué)到車(chē)輪振動(dòng)、方向盤(pán)振動(dòng)的現(xiàn)象，因此故障車(chē)輛所安裝的輪胎未做過(guò)動(dòng)平衡，并不是造成車(chē)輛駕駛室振動(dòng)的原因。

5)比較解除前軸制動(dòng)工況與零部件調(diào)整工況，在制動(dòng)過(guò)程中，駕駛室垂向振動(dòng)突變程度均較原車(chē)狀態(tài)要小，水平向振動(dòng)在零部件調(diào)整工況下突變較為嚴(yán)重，這與2次測(cè)試路面狀況不同有很大關(guān)系，同時(shí)也說(shuō)明了輪胎動(dòng)不平衡不是造成故障車(chē)輛駕駛室振動(dòng)的原因。

圖9 3種工況制動(dòng)過(guò)程駕駛室垂向振動(dòng)時(shí)間歷程分析對(duì)比Fig.9 Time history analysis and comparison of interior vertical vibration

圖10 3種工況制動(dòng)過(guò)程駕駛室水平向振動(dòng)時(shí)間歷程分析對(duì)比Fig.10 Time history analysis and comparison of horizontal vibration

圖11、圖12分別為3種工況制動(dòng)過(guò)程駕駛室垂向及水平方向振動(dòng)頻譜分析對(duì)比，通過(guò)分析比較發(fā)現(xiàn):

1)解除前軸制動(dòng)后，車(chē)輛在制動(dòng)過(guò)程中，駕駛室的振動(dòng)在11.3 Hz及其倍頻附近出現(xiàn)了明顯的峰值但其幅值較原車(chē)狀態(tài)有了大幅度的降低。因此，可以確定出:前軸制動(dòng)系統(tǒng)是造成故障車(chē)輛駕駛室振動(dòng)的主要原因之一。

2)零部件調(diào)整后，在制動(dòng)過(guò)程中，駕駛室振動(dòng)在11.3 Hz及其倍頻附近也出現(xiàn)了明顯的峰值且振動(dòng)幅值較原車(chē)狀態(tài)有了大幅度的降低，這說(shuō)明:車(chē)輛前軸左右輪制動(dòng)力分配不均、左右輪制動(dòng)蹄片磨損不均勻以及輪胎動(dòng)不平衡均有可能是造成駕駛室振動(dòng)的原因。

3)比較解除前軸制動(dòng)工況與零部件調(diào)整工況，駕駛室垂向振動(dòng)相差不大，水平向振動(dòng)有些差別，且以零部件調(diào)整工況下振動(dòng)幅值較大，主要是由于2次測(cè)試路面狀況不同造成的，同時(shí)也說(shuō)明了輪胎動(dòng)不平衡不是造成故障車(chē)輛駕駛室振動(dòng)的原因。

圖11 3種工況制動(dòng)過(guò)程駕駛室垂向振動(dòng)頻譜分析對(duì)比Fig.11 Spectrum analysis and comparison of interior vertical vibration

圖12 3種工況制動(dòng)過(guò)程駕駛室水平向振動(dòng)頻譜分析對(duì)比Fig.12 Spectrum analysis and comparison of horizontal vibration

4 結(jié)語(yǔ)

分析了某商用車(chē)在制動(dòng)過(guò)程中駕駛室所產(chǎn)生的嚴(yán)重振動(dòng)現(xiàn)象。通過(guò)主觀判斷、道路行駛試驗(yàn)測(cè)試等手段，對(duì)比分析了不同工況和不同行駛狀態(tài)下測(cè)試數(shù)據(jù)，從而確定了導(dǎo)致該商用車(chē)駕駛室制動(dòng)振動(dòng)的根本原因:車(chē)輛前軸左右輪制動(dòng)力分配不均以及左右輪制動(dòng)蹄片磨損不均。

［1］劉守銀，黃文兵，郭春雷，等.中卡制動(dòng)振動(dòng)的分析［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，32(9):139 －144.

［2］尹東曉，寧國(guó)寶.制動(dòng)振動(dòng)現(xiàn)象及控制措施［J］.北京汽車(chē)，2005(3):25－17.

［3］王勇，毛志強(qiáng)，李志印，等.某型小客車(chē)儀表板制動(dòng)振動(dòng)的試驗(yàn)研究［J］.噪聲與振動(dòng)控制，2010(1):37－39.

［4］司春棣，陳恩利，楊紹普，等.汽車(chē)噪聲源識(shí)別實(shí)驗(yàn)研究［J］.噪聲與振動(dòng)控制，2010(1):40－43.

［5］王志亮，劉波，李晶華，等.汽車(chē)振動(dòng)性產(chǎn)生機(jī)理與分析方法研究［J］.噪聲與振動(dòng)控制，2008(8):87 －89.

［6］姚嘉伶，蔡偉義，閔永軍.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)機(jī)理研究［J］.公路交通科技，2005，122(12):135－138.

［7］谷雪松，趙衛(wèi)艷，郭曉洲.某軍用越野汽車(chē)制動(dòng)抖動(dòng)問(wèn)題的研究［J］.科協(xié)論壇，2008(10):21－26.

［8］田哲文，雷帥，梅小明.商用車(chē)駕駛室振動(dòng)原因的試驗(yàn)研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31(16):129－132.