商用車駕駛室制動振動分析

申秀敏，金 巖，刁金冬，李 進，秦立州

(中國汽車工程研究院汽車NVH及安全控制國家重點實驗室，重慶400039)

汽車的振動在汽車的行駛過程中是不可避免的，但明顯的振動會使汽車駕駛員與乘客產生不舒服的感覺，嚴重時振動會造成結構的共振和疲勞，從而破壞結構，使汽車行駛的平順性變差［1－3］。車輛振動性能已成為評價車輛質量的重要性能指標之一，車輛振動性能的研究也越來越受到重視［4］。

由某商用車輛用戶在使用過程中發現:車輛空載，車速70～80 km/h下坡行駛工況，制動時，駕駛室出現嚴重的振動現象。駕駛室的振動是一種可以在轉向系統、座椅以及車身圍板上感覺到、觸摸到的振動，直接影響汽車的行駛安全性，而且也會引起駕駛員的駕駛疲勞［5－6］。因此研究和控制該商用車駕駛室的制動振動是十分必要的。

造成駕駛室振動的主要因素可能有［7－8］:①激勵源，主要來自發動機、路面以及輪胎的各種激勵過大;②振動傳遞過程中振動被放大，主要是激勵頻率與駕駛室各連接系統發生共振從而導致振動的放大。為找出引起該商用車駕駛室制動振動的根本原因，首先進行初步的主觀判斷大致確定振動現象的來源及其主要傳遞路徑;然后進行道路行駛試驗測試，測量不同狀態下該商用車輛駕駛室內的振動加速度信號，并進行時域和頻域分析;最后通過對不同工況和狀態下測試數據的對比分析，確定出導致該商用車駕駛室制動振動的根本原因。

1 主觀判斷及分析

首先對該商用車輛駕駛室的制動振動現象進行實車主觀感受，使車輛空載，車速70～80 km/h下坡制動，可以明顯感受到駕駛室嚴重的振動現象。

接著對該商用車進行轉鼓試驗測試，測試結果顯示:車輛前軸左右輪制動力分配不均，左邊制動力為1 245 N，右邊制動力為1 891 N，前軸左右輪制動力動態不平衡達34%(根據國家標準規定，前軸左右輪制動力不平衡應小于等于20%;后軸應小于等于24%)。

因此，可以初步判斷該商用車輛在車速70～80 km/h下坡剎車制動時，駕駛室出現嚴重振動現象的原因可能有:①前軸制動系統，尤其是左右輪制動力分配不均;②前軸左右輪制動蹄片磨損程度不同;③該商用車輛的輪胎并未進行過動平衡調整，造成了振動現象。

2 制動振動試驗測試

為進一步確定造成車輛駕駛室制動振動的根源，針對該商用車駕駛室制動振動現象進行試驗測試分析。測試工況:車輛空載，車速80 km/h，下坡剎車制動。

測試所使用的采集系統為丹麥B＆K 3560 B數據采集前端，分析系統為Pulse 9.0，振動傳感器為丹麥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特性，測試時將傳感器安裝在駕駛室副駕駛前的儀表板上，測試現場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加速度信號。

圖1 Pulse 9.0振動噪聲測試分析系統Fig.1 Pulse 9.0 noise vibration test and analysis system

圖2 測試現場及加速度傳感器布置Fig.2 Test site and acceleration sensors arrangement

2.1 原車狀態測試分析

圖3為原車狀態下，所測得的駕駛室振動信號的時間歷程分析。可以看出:

1)制動過程中，駕駛室振動出現了明顯的突變，尤其是垂向振動;

2)制動過程中，駕駛室垂向振動最大幅值達4.59m/s2;

3)制動過程中，駕駛室前進方向的水平向振動最大幅值達1.67m/s2。

圖3 制動過程時間歷程分析Fig.3 Time history analysis while braking

圖4為原車狀態下，所測得的駕駛室振動信號的頻譜分析圖。可以看出:

1)車內垂向振動較水平方向振動劇烈;

2)垂向振動最大峰值頻率為11.3 Hz，幅值為3.56m/s2，在 23.3 Hz和 34.8 Hz也出現了振動的峰值;

3)水平方向振動的最大峰值頻率也是出現在11.3 Hz，幅值為 1.87m/s2，在 22.5 Hz 和 34.8 Hz也出現了振動的峰值。

圖4 原車狀態車內振動Fig.4 Interior vibration before adjustment

該商用車僅在制動工況駕駛室出現劇烈的振動現象，因此可以初步確定制動系統是造成駕駛室制動振動的主要原因。同時由于測試車輛進行轉鼓測試時發現:車輛前軸左右輪制動力分配不均。為明確前軸制動力與駕駛室制動振動之間的關系，研究人員解除測試車輛的前軸制動，再次進行測試分析。

2.2 解除前軸制動測試分析

圖5為解除測試車輛的前軸制動系統，所測得的駕駛室振動信號的時間歷程分析，可以看出:

1)制動過程中，駕駛室振動出現突變，較原車狀態突變程度小;

2)制動過程中，駕駛室垂向振動最大幅值達1.06m/s2;

3)制動過程中，駕駛室前進方向的水平向振動最大幅值達0.636m/s2。

圖5 制動過程時間歷程分析Fig.5 Time history analysis while braking

圖6為解除測試車輛的前軸制動系統，所測得的駕駛室振動信號的的頻譜分析圖，可以看出:

1)制動過程中，車內垂向振動較水平方向振動劇烈;

2)垂向振動的最大峰值頻率為11.3 Hz，幅值為 0.809m/s2;

3)水平方向振動的最大峰值頻率也是出現在11.3 Hz，幅值為 0.527m/s2。

圖6 解除前軸制動車內振動Fig.6 Interior vibration after lifting front axle brake

在解除前軸制動狀態，測試車輛駕駛室振動現象給人的主觀感覺也有了明顯的改善，因此可以判定該商用車輛前軸制動力分配不均是造成駕駛室制動振動的主要原因之一。

2.3 車輛零部件調整測試分析

對測試車輛前軸左右輪制動力進行調整，調整后前軸左邊制動力為2 058 N，右邊制動力為1 827 N，前軸左右輪制動力的動態不平衡為16%，在允許范圍之內。同時發現，車輛前軸制動系統中，由于左右輪制動力不同使得左右輪制動蹄片磨損不同，因此，及時更換了制動蹄片，同時更換了進行過動平衡的輪胎。在進行了以上調整后，再次進行試驗測試分析。

圖7為車輛進行零部件調整后，所測得的駕駛室振動信號的時間歷程分析，可以看出:

圖7 制動過程時間歷程分析Fig.7 Time history analysis while braking

1)制動過程中，車內垂向振動和水平向振動均出現了突變;

2)制動過程中，駕駛室垂向振動最大幅值為1.02m/s2;

3)制動過程中，駕駛室前進方向的水平向振動最大幅值達1.0m/s2。

圖8為車輛進行零部件調整后，所測得的駕駛室振動信號的頻譜分析圖，可以看出:

1)制動過程中，車內垂向振動與水平向振動相差不大;

2)垂向振動的最大峰值頻率為11.3 Hz，幅值為 0.827m/s2;

3)水平方向振動的最大峰值頻率也是出現在11.3 Hz，幅值為 0.733m/s2。

圖8 零部件調整后車內振動Fig.8 Interior vibration after adjustment of components

該商用車輛在進行了零部件調整后，駕駛室制動振動現象主觀感覺也有了明顯的改善，因此測試車輛前軸左右輪制動力分配不均、左右輪制動蹄片磨損不均勻以及輪胎動不平衡均有可能是造成駕駛室制動振動的原因。

3 制動振動原因分析

圖9、圖10分別為3種工況制動過程駕駛室垂向及水平方向振動的時間歷程分析對比。

通過分析比較發現:

1)原車狀態車輛制動過程中，駕駛室垂向振動及水平方向振動的突變較其他2種工況劇烈，尤其是垂向振動突變更為嚴重，同時故障車輛在原車狀態僅在制動過程中出現駕駛室振動現象，因此，可以初步斷定車輛的制動系統是造成駕駛室振動的主要原因。

2)解除前軸制動后，車輛在制動過程中，駕駛室的振動并沒有發生劇烈的突變，因此，可以確定前軸制動系統是造成故障車輛駕駛室振動的主要原因之一。

3)零部件調整后，在制動過程中，駕駛室振動較原車狀態也出現了明顯的改善，振動也沒有發生明顯的突變，這說明車輛前軸左右輪制動力分配不均、左右輪制動蹄片磨損不均勻以及輪胎動不平衡均有可能是造成駕駛室振動的原因。

4)車輛在原車狀態下勻速及高速行駛中，并未產生車輪偏擺或是跳動，在駕駛室內也并未感覺到車輪振動、方向盤振動的現象，因此故障車輛所安裝的輪胎未做過動平衡，并不是造成車輛駕駛室振動的原因。

5)比較解除前軸制動工況與零部件調整工況，在制動過程中，駕駛室垂向振動突變程度均較原車狀態要小，水平向振動在零部件調整工況下突變較為嚴重，這與2次測試路面狀況不同有很大關系，同時也說明了輪胎動不平衡不是造成故障車輛駕駛室振動的原因。

圖9 3種工況制動過程駕駛室垂向振動時間歷程分析對比Fig.9 Time history analysis and comparison of interior vertical vibration

圖10 3種工況制動過程駕駛室水平向振動時間歷程分析對比Fig.10 Time history analysis and comparison of horizontal vibration

圖11、圖12分別為3種工況制動過程駕駛室垂向及水平方向振動頻譜分析對比，通過分析比較發現:

1)解除前軸制動后，車輛在制動過程中，駕駛室的振動在11.3 Hz及其倍頻附近出現了明顯的峰值但其幅值較原車狀態有了大幅度的降低。因此，可以確定出:前軸制動系統是造成故障車輛駕駛室振動的主要原因之一。

2)零部件調整后，在制動過程中，駕駛室振動在11.3 Hz及其倍頻附近也出現了明顯的峰值且振動幅值較原車狀態有了大幅度的降低，這說明:車輛前軸左右輪制動力分配不均、左右輪制動蹄片磨損不均勻以及輪胎動不平衡均有可能是造成駕駛室振動的原因。

3)比較解除前軸制動工況與零部件調整工況，駕駛室垂向振動相差不大，水平向振動有些差別，且以零部件調整工況下振動幅值較大，主要是由于2次測試路面狀況不同造成的，同時也說明了輪胎動不平衡不是造成故障車輛駕駛室振動的原因。

圖11 3種工況制動過程駕駛室垂向振動頻譜分析對比Fig.11 Spectrum analysis and comparison of interior vertical vibration

圖12 3種工況制動過程駕駛室水平向振動頻譜分析對比Fig.12 Spectrum analysis and comparison of horizontal vibration

4 結語

分析了某商用車在制動過程中駕駛室所產生的嚴重振動現象。通過主觀判斷、道路行駛試驗測試等手段，對比分析了不同工況和不同行駛狀態下測試數據，從而確定了導致該商用車駕駛室制動振動的根本原因:車輛前軸左右輪制動力分配不均以及左右輪制動蹄片磨損不均。

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