陳瑞峰，王劭斌，趙莉

（陜西重型汽車有限公司 汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

引言

近年來，隨著重型卡車技術(shù)水平的突飛猛進(jìn)，以及道路條件的不斷完善，越來越多的商用車輛選擇在高速公路上運(yùn)送貨物。然而部分車輛在常用車速行駛時(shí)，會(huì)出現(xiàn)明顯的整車抖動(dòng)問題。在長途行車的過程中，這種異常抖動(dòng)一方面加劇了駕駛員的身體疲勞，造成腰肌勞損，令一方面分散駕駛員注意力，存在安全隱患[1，2]。駕乘舒適性在很大程度上反映出汽車的設(shè)計(jì)水平和制造工藝水平，因此，解決車輛異常抖動(dòng)，保證行駛平順性成為重型卡車NVH 工程師的重點(diǎn)工作，這對(duì)于提升駕駛員幸福感，增強(qiáng)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

常見的車輛行駛抖動(dòng)問題主要分以下三種：（1）零部件設(shè)計(jì)或質(zhì)量缺陷引起的個(gè)別部位異常抖動(dòng)，如模態(tài)頻率共振導(dǎo)致的后視鏡抖動(dòng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)質(zhì)量問題導(dǎo)致的方向盤擺振等。（2）傳動(dòng)軸不平衡量引起的高頻振動(dòng)，通常表現(xiàn)為駕駛員腳底板有麻木感[3]。（3）車輪轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡引起的整車低頻抖動(dòng)，通常表現(xiàn)為駕駛室前后晃動(dòng)或上下跳動(dòng)[4，5]。本文重點(diǎn)討論第三種情況。

1 抖動(dòng)車輛測(cè)試分析

1.1 主觀評(píng)價(jià)

對(duì)常用車速抖動(dòng)車輛進(jìn)行動(dòng)態(tài)主觀評(píng)價(jià)，有以下關(guān)鍵特征的可基本判定是由車輪轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡引起：（1）在平直路面上，抖動(dòng)現(xiàn)象僅和勻速行駛車速有關(guān)，且車速越穩(wěn)定抖動(dòng)越劇烈，與不同的檔位和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)。這是因?yàn)檎駝?dòng)激勵(lì)來源為車輪系統(tǒng)，當(dāng)其激勵(lì)頻率與車輛某一系統(tǒng)或大總成固有頻率產(chǎn)生共振時(shí)引發(fā)抖動(dòng)，而車輪激勵(lì)頻率僅與車速直接相關(guān)。（2）有些車輛抖動(dòng)車速在滿載時(shí)比空載低。這是因?yàn)閼壹芟到y(tǒng)偏頻與簧上質(zhì)量成反比，滿載車輛質(zhì)量大，偏頻比空載時(shí)小，相應(yīng)的共振頻率也比較低，對(duì)應(yīng)較低的車速。（3）有些車輛出現(xiàn)抖動(dòng)的車速和空滿載無關(guān)，極有可能是車輪激勵(lì)與駕駛室剛體模態(tài)產(chǎn)生了共振。（4）有些車輛抖動(dòng)現(xiàn)象會(huì)在比較明顯的上下坡時(shí)消失。這是因?yàn)樵谄碌郎闲旭倳r(shí)車輛重心發(fā)生了前后方向偏移，導(dǎo)致簧上質(zhì)量產(chǎn)生變化從而改變了共振頻率。

1.2 客觀測(cè)試

主觀評(píng)價(jià)判定車輛異常抖動(dòng)是由車輪一階不平衡量引起后，通過客觀測(cè)試數(shù)據(jù)具體分析問題。

1.2.1 實(shí)車道路測(cè)試

試驗(yàn)車輛：存在常用車速抖動(dòng)問題的車輛。

測(cè)點(diǎn)布置：（1）主駕駛員座椅導(dǎo)軌；（2）前橋正上方對(duì)應(yīng)的車架位置；（3）后橋正上方對(duì)應(yīng)的車架位置；（4）駕駛室右側(cè)縱梁。

測(cè)試設(shè)備：數(shù)據(jù)采集儀、加速度傳感器、信號(hào)分析軟件。

測(cè)試工況：平直路面緩加速行駛、平直路面抖動(dòng)車速穩(wěn)速行駛。

1.2.2 整車模態(tài)測(cè)試

對(duì)整車進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)。在全車共布置268 個(gè)響應(yīng)測(cè)點(diǎn)，在體現(xiàn)整車主要幾何輪廓的同時(shí)涵蓋了所有大總成零部件。采用4 個(gè)激振器分別在右前車架、左前車架、左后車架以及變速器下方四個(gè)點(diǎn)對(duì)整車進(jìn)行激勵(lì)，試驗(yàn)過程中選擇隨機(jī)觸發(fā)作為源信號(hào)，每組試驗(yàn)平均30 次降低測(cè)試過程中的隨機(jī)誤差。

測(cè)試結(jié)果得到整車模態(tài)分布表和振型圖。

1.3 測(cè)試結(jié)果分析

a）道路試驗(yàn)中，車輛在平直路面上從較低穩(wěn)定車速開始緩加速行駛至最大車速，整個(gè)過程用時(shí)間跟蹤采集各測(cè)點(diǎn)加速度信號(hào)，得到緩加速駕駛員座椅導(dǎo)軌垂向振動(dòng)加速度瀑布圖。

由瀑布圖可以明顯看出，振動(dòng)量峰值所在頻率隨著車速增加而增加，形成一條明顯的“山脊”，且在經(jīng)過某一個(gè)共振點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)最大值，該頻率即為異常抖動(dòng)頻率，該最大峰值所處車速即為異常抖動(dòng)車速。

令車輛以異常抖動(dòng)車速在平直路面上行駛，同時(shí)采集各測(cè)點(diǎn)加速度信號(hào)，得到抖動(dòng)車速穩(wěn)速行駛頻譜圖。

從抖動(dòng)車速穩(wěn)速行駛頻譜圖中可以得出整車異常抖動(dòng)頻率，運(yùn)用下文公式可驗(yàn)證該頻率為車輪轉(zhuǎn)動(dòng)一階頻率：

式中：

f----整車異常抖動(dòng)頻率，Hz；

r----車輪半徑，m；

V----異常抖動(dòng)車速，km/h。

注意該車速為車輛真實(shí)的GPS 車速，通常比儀表盤顯示車速略小。

b）將道路試驗(yàn)得到的車輪激勵(lì)一階頻率與模態(tài)分布表進(jìn)行對(duì)照，并結(jié)合整車自由模態(tài)計(jì)算分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該頻率與多個(gè)總成模態(tài)頻率非常接近，包括駕駛室繞Z 軸橫擺、駕駛室繞Y 軸俯仰以及后懸架偏頻。所以在勻速行駛過程中極易產(chǎn)生共振從而導(dǎo)致整車異常抖動(dòng)。

2 抖動(dòng)車輛調(diào)校及驗(yàn)證

根據(jù)上文分析，該類型的車輛異常抖動(dòng)是由車輪一階不平衡引起的，該激勵(lì)頻率必定會(huì)在特定車速下與整車或某一系統(tǒng)模態(tài)產(chǎn)生共振，減小車輪不平衡量即可改善抖動(dòng)問題。而影響車輪不平衡的主要因素有兩點(diǎn)：（1）徑向跳動(dòng)過大，即車輪不正圓；（2）車輪動(dòng)平衡不達(dá)標(biāo)。首先從這兩方面對(duì)車輪進(jìn)行調(diào)校并驗(yàn)證結(jié)果。

2.1 車輪徑向跳動(dòng)測(cè)量

加工下圖簡(jiǎn)易測(cè)量工具對(duì)全車車輪進(jìn)行徑向跳動(dòng)量測(cè)試：

圖2 輪胎的徑向跳動(dòng)測(cè)量

測(cè)試結(jié)果顯示，該車部分車輪的徑向跳動(dòng)量超過3mm，不能滿足“正圓”要求，必定會(huì)在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中對(duì)懸架系統(tǒng)產(chǎn)生激勵(lì)，所以為試驗(yàn)車輛更換全部合格的車輪后再進(jìn)行下一步動(dòng)平衡調(diào)校。

2.2 車輪動(dòng)平衡調(diào)校

車輪是由輪轂和橡膠輪胎組成的一個(gè)總成，由于各種原因，該總成各部位質(zhì)量分布不可能完全均勻，所以當(dāng)車輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)形成不平衡狀態(tài)，造成車輛異常抖動(dòng)。為了消除這種不平衡，我們通過增加配重塊的方法，使分布在車輪上各個(gè)質(zhì)量的離心慣性力合力為零，同時(shí)離心力所引起的力偶的合力偶矩也為零。即∑F=0 且∑M=0。最終保證車輪在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)平穩(wěn)、可靠。

由于車輪有一定的寬度，所以使用有內(nèi)、外側(cè)兩個(gè)校正面的立式平衡機(jī)，對(duì)全車所有車輪進(jìn)行動(dòng)平衡調(diào)校。

圖3 動(dòng)平衡調(diào)校圖示

2.3 駕駛室懸置和底盤調(diào)校

由于各種原因，部分車輛車輪一階不平衡激勵(lì)無法完全消除。還有部分車輛由于超重行駛、質(zhì)量問題等因素，車輪無法長期保持轉(zhuǎn)動(dòng)平衡。對(duì)于上述車輛，也可以進(jìn)行兩個(gè)方面調(diào)校：（1）降低駕駛室系統(tǒng)剛體模態(tài)頻率，即調(diào)校駕駛室懸置偏頻，降低共振頻率至常用車速以下且提升懸置隔振效果；2、優(yōu)化底盤前后懸架匹配，平衡前后懸架對(duì)激勵(lì)的敏感性，如后懸偏頻共振，則在保證操穩(wěn)性能的基礎(chǔ)上適度增加前懸減振器阻尼或減小后懸減振器阻尼。

駕駛室懸置系統(tǒng)的偏頻，即固有頻率f0可由公式2 確定：

式中：

g-----重力加速度，g=9810mm/s2；

c-----減振器剛度，N/mm；

G ----簧載質(zhì)量，N。

可通過降低減振器剛度的方式減小駕駛室懸置固有頻率。這樣一方面可以使共振頻率降低到常用車速以下，另一方面可提升懸置系統(tǒng)隔振性能，因?yàn)楦鶕?jù)振動(dòng)理論，只有當(dāng)激勵(lì)頻率與固有頻率的比值大于時(shí)，系統(tǒng)才起到隔振作用。

2.4 調(diào)校結(jié)果驗(yàn)證

通過上述各項(xiàng)調(diào)校工作后，對(duì)抖動(dòng)車輛進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證。在各測(cè)點(diǎn)位置采集振動(dòng)加速度信號(hào)，通過道路試驗(yàn)與原狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，相同工況下各位置振動(dòng)量都有明顯下降，常用車速異常抖動(dòng)現(xiàn)象也隨即消失。

3 結(jié)論

本文主要討論了重型卡車常用車速異常抖動(dòng)問題的分析依據(jù)及解決辦法，得出以下結(jié)論：

（1）針對(duì)整車NVH 問題，在進(jìn)行客觀測(cè)試前，首先通過主觀評(píng)價(jià)識(shí)別故障源，判斷大致解決方向，可有效提高排查效率，縮短測(cè)試時(shí)間。

（2）在整車幾個(gè)關(guān)鍵位置進(jìn)行多工況振動(dòng)測(cè)試，測(cè)得車輪一階激勵(lì)頻率。該頻率對(duì)照整車模態(tài)分布表和虛擬仿真計(jì)算結(jié)果，判定抖動(dòng)原因是車輪激勵(lì)頻率與整車大總成模態(tài)共振。

（3）通過車輪徑向跳動(dòng)、車輪動(dòng)平衡、駕駛室懸置和底盤減振器幾個(gè)方面調(diào)校，消減激勵(lì)振源，轉(zhuǎn)移共振頻率并衰減振動(dòng)能量，有效解決了重型卡車常用車速抖動(dòng)問題。