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。
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。
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
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。
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。
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。
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
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。
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