基于試驗數據的汽車振動傳遞特性分析

陳海燕，唐 嵐

（西華大學交通與汽車工程學院，成都 610039）

汽車的平順性主要是保持汽車在行駛過程中產生的振動和沖擊對乘員舒適性的影響在一定界限之內，主要是根據乘員主觀感覺的舒適性進行評價。對于載貨汽車，還包括保持運輸物品的完好性，它是現代汽車的主要性能之一[1]。汽車平順性的好壞不僅影響駕駛員、乘員的舒適性，疲勞程度以及貨物的完好性，還影響到汽車的經濟性甚至安全性[2]。因此，對汽車平順性的研究是汽車技術發展的重要課題。

本文就某輕型貨車，基于多工況下的道路試驗數據，利用MATLAB強大的數據處理功能，分析其振動傳遞特性，對改善整車舒適性具有重要意義[3-4]。

1 試驗方案

試驗參照執行標準GB/T 4970-1996《汽車平順性隨機輸入行駛試驗方法》，采用八通道數據采集系統，采集某輕型貨車的振動加速度[5]。

試驗條件：整車各總成、部件、附件及附屬裝置在規定的位置上按規定裝備齊全，調整狀況符合技術條件的規定；輪胎氣壓應符合汽車技術條件的規定；試驗用燃油、機油正常；發動機工作正常。試驗道路包括瀝青路和砂石路兩種。瀝青路選用的是高速公路，路面狀況良好；砂石路選用的是普通公路。試驗人員包括駕駛員和兩位操作人員，坐姿與載荷均滿足標準要求。

試驗坐標系與整車坐標系相同，即垂直方向為Z軸，左右方向為Y軸，前后方向為X軸。傳感器測點位置包括：副駕駛一側3個布點位置，駕駛室地板固定傳感器安裝支座，三個方向各布置一個加速度傳感器；駕駛室一側3個布點位置，駕駛員座椅處綁定傳感器安裝支座，三個方向各布置一個加速度傳感器；動力總成前懸置4個布點位置，左右主被動側各一個加速度傳感器，主動側安裝在靠近懸置位置的車架上，被動側反向布置于發動機靠近懸置位置的油底殼上；車架上2個布點位置，前車架與前懸架主動側共用，后車架上端左右靠近懸架位置各布置一個加速度傳感器；車橋兩端4個布點位置，前后橋左右兩端靠近減振器位置各布置一個加速度傳感器，共獲得16個通道的數據。

試驗工況如表1所示。試驗分左右兩邊進行，試驗前設置數據采集系統相關參數，采樣頻率為500 Hz，采樣時間間隔△t=0.002 s。待系統穩定后采集加速度誤差信號，再采集各試驗工況下傳感器的加速度時域信號。

2 試驗數據處理與分析

吸附在輕型貨車上的傳感器，隨著測試環境的不同，尤其是發動機溫度的變化，對測試信號的影響十分顯著，因而有必要在道路試驗前采集誤差信號。在MATLAB環境下，對振動信號進行誤差處理，再運用信號工具箱進行時域和頻域分析[6-9]。

時域傳遞率是振動響應的時域加速度均方根值與激勵的時域加速度均方根值之比。頻域傳遞率是將激勵與響應的加速度信號分別進行FFT變換，同一頻率下，響應與激勵的幅值之比即為頻域傳遞率，以頻率為橫坐標，頻域傳遞率為縱坐標，得到振動傳遞率頻域曲線[10]。下面具體分析各懸置的時域傳遞率和頻域傳遞率。

2.1 時域傳遞率

2.1.1 左右兩側各懸置的時域傳遞率

在有減振器的情況下，左右兩側各懸置在瀝青路面不同車速下的時域傳遞率如圖1所示。

從圖1（a）可看出，整體來講，左側（駕駛室一側）的時域傳遞率比右側（副駕駛一側）的時域傳遞率小；隨著車速的增加，左側的時域傳遞率均小于1；而右側的時域傳遞率，在空載和滿載時，車速約低于55 km/h大于1；車速大于90 km/h時域傳遞率降至小于1。

從圖1（b）可看出，左右兩側在不同載荷、不同車速下的時域傳遞率最大值為0.20。

從圖1（c）可看出，總體來說，左側的時域傳遞率比右側的時域傳遞率大。除了左側滿載時的時域傳遞率有較大起伏外，其余基本上小于1，且隨著車速的增加，時域傳遞率呈減小趨勢。在最高車速110 km/h時，左右兩側三種裝載下的時域傳遞率低于0.4。

2.1.2 空載時不同車速下有無減振器的時域傳遞率

該輕型貨車空載時，左右兩側各懸置在不同車速下拆除減振器前后的時域傳遞率如圖2所示。

空載各個測試速度下，左右兩側有減振器時，前車架與前車橋的時域傳遞率比無減振器時的值大，輕型貨車在瀝青路面行駛時，右側的減振器令前車架與前車橋的時域傳遞率大于1，振動呈放大狀態。

空載各個測試速度下，左側有減振器時，前車架與發動機的時域傳遞率同樣比無減振器時的值大，右側的情況總體來說與左側相反。但這四種情況下，前車架與發動機的時域傳遞率的值均很小，低于0.20。

后車架與后車橋的時域傳遞率，拆除減振器前后的值跟前車架與前車橋的時域傳遞率的情況類似，有減振器時的時域傳遞率較無減振器時要大，泥石路面上左側表現非常顯著。總體上時域傳遞率較小，振動呈衰減趨勢。

2.2 頻域傳遞率

采樣點數較多，分析的頻率范圍在0～250 Hz，頻域傳遞率曲線起伏較大。為便于觀察，利用最小二乘法原理，擬合一條頻域傳遞率曲線。下面以輕型貨車空載時 駕駛室一側為例說明。

有減振器，在泥石路面以15 km/h勻速行駛時的頻 域傳遞率如圖3所示。

無減振器，在泥石路面以15 km/h勻速行駛時的頻 域傳遞率如圖4所示。

從圖3和圖4中可以看到，該輕型貨車在泥石路面上以15 km/h勻速行駛時，由于路面的沖擊、駕駛員操作的影響以及其他因素，有減振器時的頻域傳遞率比無減振器時的頻域傳遞率高，減振效果不佳。前車架與前車橋的頻域傳遞率分別在49 Hz、52 Hz時最為突出；前車架與發動機的頻域傳遞率均小于1；后車架與后車橋的頻域傳遞率隨著頻率的增大呈振蕩衰減的趨勢。

有減振器，在瀝青路面以15 km/h勻速行駛時的頻域傳遞率如圖5所示。

無減振器，在瀝青路面以15 km/h勻速行駛時的頻 域傳遞率如圖6所示。

從圖5和圖6中可以看到，該車空載時，以15 km/h在瀝青路面勻速行駛時，減振器的減振效果非常顯著。在無減振器的情況下，前車架與前車橋的頻域傳遞率在113 Hz時最為顯著，高達36.16。經減振，頻域傳遞率降至4.46，降幅達87.7%；前車架與發動機的頻域傳遞率在無減振器的情況下，最大值低于0.72；而在減振器的作用下，進一步降低到0.03；后車架與后車橋在113 Hz時，頻域傳遞率仍然在最高點，達19.74，減振后達到0.95，有效抑制了振動。

3 結論

由分析可知，該輕型貨車在瀝青路面的減振效果較為顯著，在泥石路面的隔振效果表現不佳，可以對減振器的結構、安裝位置等作進一步改進。

[1]余志生.汽車理論（第5版）[M].北京：機械工業出版社，2010.

[2]郝少鋒，吳義民，劉寶鋒.車輛平順性改善試驗研究[J].汽車實用技術，2010，（2）

[3]姜永勝，陽鳳生，王其東.基于實驗數據的汽車振動性能分析系統的開發[C].中國汽車工程學會年會論文集，2007.

[4]梁新成，黃志剛，馮濤.基于路面激勵的汽車振動信號處理[J].北京工商大學學報：自然科學版，2009，27（1）

[5]GB/T 4970-1996，汽車平順性隨機輸入行駛試驗方法[S].北京：中國標準出版社，1996.

[6]朱明武，李永新，卜雄洙.測試信號處理與分析[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.12.

[7]樓順天，姚若玉，冶繼民.基于MATLAB7.x的系統分析與設計——信號處理[M].西安：西安電子科技大學出版社，2005.

[8]王濟，胡曉.MATLAB在振動信號處理中的應用[M].北京：中國水利水電出版社，知識產權出版社，2006.

[9]葛哲學.精通MATLB[M].北京：電子工業出版社，2008.2.

[10]劉乘，劉曉晨，劉穎君，等.基于LabVIEW的緩沖材料振動傳遞特性數據采集與處理系統[J].廣西輕工業（計算機與信息技術），2008，112（3）