某重型卡車駕駛室抖動現象試驗研究與改進

摘要：某重型卡車以70 km/h車速行駛時存在嚴重的駕駛室抖動現象，為解決此問題，通過道路試驗的方法對引起駕駛室抖動的原因進行了研究分析。試驗結果表明，輪胎總成徑跳和動平衡超標是引起駕駛室抖動的主要原因，為此裝配了合格的輪輞及輪胎。改進后，試驗發現駕駛室在人體敏感區的振動幅值大大下降，原車存在的抖動現象基本消失，整改效果得到主觀認可。該研究結論為國內重型卡車駕駛室抖動現象問題提供了一套有效的解決方法。

關鍵詞：重型卡車；駕駛室；抖動；道路試驗

中圖分類號：U463.8 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2550（2011）04-0059-05

Experimental Study and Improvement on Cab Jitter Problem for Heavy Truck

LEI Qi-ming，YUN Wei-guo，LIU Bao-feng，SONG Xiao-yong

（Shanxi Heavy-Duty Automobile Co，Ltd. Automotive Engineering Research Institute，Xi'an 710200，China）

Abstract: Aiming for cab jitter of some heavy truck in the course of traveling nearly to 70km/h.To solve this problem，in this paper，we mainly study the reasons which arise the cab jitter by the method of road experiment. The result of the test show that radial and balancing of wheels cause this problem. Based on the above reasons，through assembling with qualified rims and tires.And then testing by the same method. Finally we found that the abnormal vibration energy which is in sensitive of body is declined and the phenomenon of cab jitter is disappeared. The effect has been recognized. So the concludes provide an effective method for solving heavy truck cab jitter problem.

Key words: heavy truck；cab；jitter；road testing

隨著社會經濟的飛速發展，國內汽車設計與制造技術取得了前所未有的進步，同時對汽車的各項性能也提出了越來越高的要求：不但要求汽車高可靠性、低油耗，而且對汽車的排放指標、NVH性能也提出了更高的要求。重型卡車作為一種生產工具，隨著政府NVH法規要求的不斷提高和重卡司機對工作環境的不斷重視，在某種程度上NVH性能的優劣決定了該車在市場上的定位及暢銷與否。隨著商用車銷量不斷增加，國內重型卡車出現的NVH問題也日益增多，其中車輛高速行駛時的駕駛室抖動問題幾乎成為困擾各生產廠家的首要問題。本文就國內某重型卡車駕駛室抖動問題從試驗角度進行了系統的分析與研究，找出了引起該車型駕駛室抖動的主要原因，并提出了切實可行的解決方案。

1 問題車輛故障描述

據用戶反映，某國產6×4牽引車在平直路面上（如西安市繞城高速公路）以70 km/h左右的速度勻速行駛時，存在嚴重的駕駛室抖動現象，在空載行駛時該現象更為突出；當車輛行駛速度低于或者高于70 km/h時，駕駛室抖動現象消失。該抖動現象振動頻率較為單一，節奏感較強，車輛長時間行駛在該車速時，駕駛員容易產生疲勞感覺，同時對其身心健康造成一定程度的影響。

2 道路試驗及數據分析

2.1 試驗條件及方案

重型卡車是一個非常復雜的振動系統，其振動屬于無限自由度的連續體振動，振源主要有來自路面的不平度激勵、發動機振動激勵、其他旋轉部件的慣性力及其不平衡量引起的振動［1］。

依據車輛故障描述，本試驗的條件與方案如下。

試驗目的：通過測量車輛不同位置（如車橋、車架等）在出現故障的車速和非故障車速下的振動情況，根據振動信號頻域特性分析即可判斷引起駕駛室抖動的主要振源。

試驗方案：本試驗所使用的儀器主要有東華測試DH5920 36通道數據采集儀及9個單項和1個三向ICP型加速度傳感器，傳感器詳細布置位置見表1。測試采樣頻率為200 Hz，試驗車輛為空載狀態，不帶掛車，試驗道路為西安市繞城高速公路，各狀態下采樣時間為50 s。

2.2 試驗數據分析

2.2.1 不同車速下，相關位置功率譜密度對比分析

利用matlab編程語言編寫了自功率譜密度批處理程序，處理之后得到車輛空載情況下在良好路面上以40 km/h（非抖動車速）和70 km/h（抖動車速）時，表1所示位置的加速度功率譜密度函數（見圖1～圖4）。

由圖1及圖2可以看出：軸橋在40 km/h時的能量分布較為分散且能量幅值較小；在70 km/h時，軸橋部位出現頻率較為單一的振動且能量幅值較大，此時軸橋的振動能量是40 km/h時的10倍以上。初步可以判定試驗車輛在70 km/h時，軸橋部位受到周期激勵力作用。

從圖3及圖4可以看出：70 km/h時，車架后端的振動能量是40 km/h的100倍以上，車架前端振動能量增加了1倍；70 km/h時，后端車架振動能量集中在5.5 Hz左右，頻率較為單一；40 km/h時，后端車架振動頻譜出現了兩個峰值，表明車架沒有出現單一頻率的振動。

此外，從圖4還可以看出，駕駛室地板三方向的振動頻率與車架、軸橋部位的振動頻率完全相關。

2.2.2 不同車速下，人體振動量級對比分析

本試驗采用ISO2631-1：1997E推薦的基本評價方法——加權加速度均方根值評價法來評價振動對人體舒適度和健康的影響。試驗過程中，為排除座椅對平順性的影響，利用同樣的方法對駕駛室地板位置的振動量級進行了分析，不同車速下駕駛室地板位置人體振動加權加速度均方根值及量級見表2。

通過以上分析可以得出，試驗車輛在70 km/h勻速行駛時，引起駕駛室抖動的主要振源是車輛軸橋部位單一頻率的振動，其振動量級約為40 km/h時的2.8倍。

由于測試時車輛行駛的路面為平直的高速公路且速度為40 km/h時，車輛駕駛室并無抖動現象，這就排除了路面對駕駛室抖動產生影響的可能性。根據作用力與反作用力的關系，考慮到這種激勵可能是由輪胎的周期性轉動引起的，即車輛在高速行駛時輪胎總成的動不平衡量和徑向跳動超標均會引起駕駛室抖動現象，為驗證該假設進行以下運算。

假定車輛以v=70 km/h的速度勻速行駛時，車輪每秒鐘滾動的圈數為n，根據GB/T 2977-2008《載重汽車輪胎規格、尺寸、氣壓與負荷》試驗車輛所配裝的12.00 R20普通斷面子午輪胎在靜負荷下的半徑r=526 mm，輪胎滾動一周行駛的距離l=2?仔r=２×3.14×0.526=3.3 m，輪胎滾動的圈數為：

輪胎在一秒鐘內滾動的圈數跟軸橋振動的主要頻率非常接近，可以初步判定該車速下，駕駛室的抖動主要是由于輪胎總成的不平衡量或徑向跳動超標所致［2，3］。

3 方案實施及效果評估

根據測試數據的分析，初步判定引起駕駛室抖動的主要原因是輪胎總成的動不平衡和徑向跳動超標。為解決該問題，在市場上購買了同樣規格的米其林輪胎，其徑向跳動量均小于2.2 mm，配裝各項檢測指標均合格的兗州環宇牌8.5-20型輪輞，然后對輪胎總成進行雙邊動平衡，最后裝車進行主觀評價和相同工況的測試工作［3］。

經相同狀態下測試，試驗人員主觀認為車輛在70 km/h附近的駕駛室抖動現象完全消失，其他車速未發現駕駛室抖動現象。按照同樣的方法對車輛軸橋等部位振動信號進行采集，經處理得到其功率譜密度函數，將70 km/h勻速行駛時各部位的功率譜密度見圖5～圖7。

可以得出：整改后，車輛軸橋位置的功率譜分布較為分散，不存在單一頻率的振動現象。車架的主要振動頻率移到人體敏感的范圍之外，駕駛室位置的振動能量基本上達到了整改前以40 km/h行駛時的平順指標，見表3。

可見，輪胎動平衡量過大及均勻性超標是引起該車型駕駛室抖動的真正原因。

4 總結

重型卡車駕駛室抖動是目前國內重卡車NVH性能的突出問題，其嚴重影響了車輛的行駛平順性，給司乘人員的身心健康造成了一定程度的影響。也嚴重影響了部分車輛的市場定位。

根據分析斷定，造成試驗車型駕駛室抖動的主要原因是車輪總成徑向跳動及動平衡過大。經過整改方案的實施，試驗車輛的駕駛室抖動現象消失，平順性得到很大程度的提升，該方案在其他相同類型車輛上實施后均取得了較好的效果。

造成輪胎總成徑向跳動量及動平衡超標的原因主要有以下幾個方面：

（1）各廠家競相壓低車輛的生產成本，造成輪輞及輪胎質量的下降；

（2）各整車制造廠對輪輞及輪胎的質量控制存在漏洞；

（3）用戶使用過程中嚴重超載導致輪輞變形。

參考文獻：

［1］ 龐劍，諶剛. 汽車噪聲與振動—理論與應用［M］. 北京:北京理工大學出版社，2006 :119-303.

［2］ 莊繼德. 汽車輪胎學［M］. 北京:北京理工大學出版社，1996:273-320.

［3］ 趙敬義，張滿良. 降低某重型卡車異常振動的研究［C］.2006LMS首屆用戶大會論文集.

［4］ 陳效華，朱學華. 汽車機場振動的試驗研究［J］. 淮陰工學院學報，2002，11-3.

［5］ 白云志，王少軍. 商用車駕駛室模態測試與誤差來源分析［J］. 汽車科技，2010，（3）.

［6］ 柏林. 載貨車車架的模態分析及優化［J］. 汽車科技，2010，（4）.