長途客車擺臂式平衡懸掛系統的試驗分析

趙云鶴

(北安農墾交通局)

1 擺臂式平衡懸掛的優點

(1)相對于推桿式平衡懸掛而言，由于取消了從動橋的過橋部分，使左右兩車輪相互獨立，減小了非懸掛部分的質量，提高了行駛平順性。(2)懸架和車架采用兩點支撐，使受力均勻，提高了車架的強度和剛度。(3)制動力矩易于平衡，制動穩定。(4)汽車向前行駛時，由于軸荷轉移，提高了車輪和路面的附著性能，使驅動力增大。(5)除少量懸掛部分的零件外，汽車大部分零部件可與原型通用，降低了生產成本，又易變型投產。

2 擺臂式平衡懸掛結構特點

2.1 懸掛結構簡介

如圖1，驅動橋和承載橋由鋼板彈簧3、吊耳7、擺臂10連接起來，并保持兩橋的軸荷平衡，通過鋼板彈簧前卷耳2和擺臂軸座8與車架相連。擺臂和承載橋安裝成一體，通過擺臂軸9使擺臂10成為擺臂機構，左右擺臂的后端分別安裝一個承載輪，組成擺臂式平衡懸掛機構。

2.2 懸掛特點

(1)驅動橋和承載橋通過包括彈簧長度在內的杠桿比來確定靜載平衡，也即靜載軸荷比取決于杠桿比大小。杠桿比由下式確定

(2)汽車行駛時，驅動橋和承載橋之間存在軸荷轉移，從而達到動態下的力矩平衡。由于軸荷轉移，增大了驅動輪對地面的作用力，從而提高了汽車和路面的附著性能，克服了一般6×2汽車易于打滑的現象。

(3)擺臂式平衡懸掛剛度不僅與彈簧剛度有關，而且與軸荷比(即杠桿比)有關。懸掛系統剛度用下式計算

式中:K為懸掛系統剛度;k為彈簧剛度;r為杠桿比。

3 固有頻率試驗

(4)擺臂式平衡懸掛的振頻在空載和滿載時，由于負荷變化較大，使得振頻變化的幅度也較大，因而懸掛設計無法做到兩者兼顧。

(5)驅動輪與承載輪通過鋼板彈簧和擺臂組成彈性懸掛系統，相互產生運動上的制約和影響，致使擺臂式懸掛的受激振動是一種復合型振動。

(6)在驅動力矩產生軸荷轉移的同時，也將產生使汽車向后傾翻的后傾力矩。因此，擺臂式平衡懸掛適于在長軸距的汽車上采用，以避免向后傾翻問題。

(7)擺臂式平衡懸掛的汽車轉向不能保證各輪做純滾動，因而不可避免地存在輪胎不正常磨損。

3.1 試驗方法和數據處理

固有頻率和相對阻尼系數是平順試驗要測定的懸掛系統的兩個重要參數。試驗內容包括:①將承載輪懸起卡死，僅使驅動輪著地(保持軸荷不變)，懸掛系統相當于傳統的鋼板彈簧懸掛結構;②承載輪著地，通過擺臂和驅動輪構成擺臂式平衡懸掛。試驗采用滾下法，使汽車從凸塊上滾下，汽車懸掛系統產生自由衰減振動。通過安裝在車橋上和車廂地板上的加速傳感器，經由電荷放大器，用磁帶記錄儀記錄車身和車軸上的自由衰減振動的時間歷程，每次記錄時間

3.2 實驗儀器

不少于20s，重復5次。然后將磁帶記錄的信號輸入信號處理機，采樣時間間隔Δt=20ms，頻率分辨率為Δf=0.05Hz，得到車橋部分和車身部分的加速度自功率譜Gz(f)和GQ(f)、幅頻特性│Z/Q│、相頻特性和想干函數。

(1)加速度傳感器:壓電晶體式，型號4367(丹麥BK)，頻響范圍0.1×10600Hz。

(2)電荷放大器:型號2635，頻響范圍0.1～200Hz。

(3)磁帶記錄儀:型號RTP5-10B，頻響范圍0～5000Hz，信噪比45dB。

(4)信號處理機:型號7T08S，頻響范圍DC-50kHz。

3.3 實驗分析

(1)在高頻區9.5648Hz處有一峰值，此峰值頻率為車輪部分國有頻率f10。

傳統形式鋼板彈簧懸掛在低頻區3.2208Hz處有一峰值，此峰值頻率為車身部分固有頻率f10。

從幅頻特性上得到峰值頻值率為3.612Hz，此峰值頻率為車輪部分不運動時，懸掛系統的固有頻率f0，峰值A0=1.744，由此近似計算出相對阻尼系數Φ=0.350。

從得到峰值處相干函數coh2(f)為0.930，說明幅頻特性的峰值是基本可信的。

從得到在高頻區12.2Hz處有一峰值，此峰值頻率為車輪部分固有頻率f10。

從得到擺臂式平衡懸掛在低頻區共有三個峰值頻率，即1.46Hz、2.2448Hz和3.1232Hz。差別表明，它們的振型是不同的。

從幅頻特性得到在2.3424Hz處有一峰值，此處相干函數coh2(f)為0.875，說明此處幅頻特性是基本可信的。那么2.3424Hz可認為即使車輪部分不運動，擺臂式平衡懸掛系統的固有頻率f0，峰值A0=1.498，由此近似計算出相對阻尼系數Φ=0.449。

(2)自功率頻譜反應了振動能量在頻率域上的分布和大小。比較兩種懸掛結構的車身部分振動加速度自譜可明顯地看出，在低頻區擺臂式平衡懸掛的峰值頻率降低，幅值下降，這對提高汽車平順性是有利的。

(3)幅頻特性全面地反映了懸掛系統在各種頻率上的衰減特性。比較兩種懸掛結構的幅頻特性可以看出，擺臂式平衡懸掛的固有頻率降低，幅值比A0下降，而相對阻尼系數增加。表明擺臂式平衡懸掛衰減特性比傳統形式鋼板彈簧懸掛要好，這對提高汽車平順性也有利的。

(4)汽車平順性理論分析支持度，車身部分固有頻率降低，將使車身振動加速度的標準差下降，也就是使振動強度降低。因此，采用擺臂式平衡懸掛能夠提高汽車行駛平順性。

(5)試驗表明，擺臂式平衡懸掛系統的固有頻率偏高，而根據理論推薦，公共汽車的懸掛系統固有頻率一般在1.2～1.8Hz范圍。因此，要提高長途客車的行駛平順性，有必要降低懸掛系統的固有頻率。

我們對長途客車的擺臂式平衡懸掛系統進行了一些平順性項目試驗，得到一些數據和圖譜。說明了懸掛系統對固有頻率的影響，但缺少行駛狀態下擺臂式平衡懸掛系統的傳遞特性。要完整透徹地分析清楚，還需要從理論上和試驗上繼續深入研究。

[1] 羅明廉.關于裝有平衡懸掛的三軸汽車的振動問題[J].汽車技術，1981，(1).