某中型載貨車駕駛室異常共振的試驗研究

盛云，周宇，杜志良

（濰柴動力上海研發中心，上海 201315）

測試試驗

某中型載貨車駕駛室異常共振的試驗研究

盛云，周宇，杜志良

（濰柴動力上海研發中心，上海 201315）

針對某中型載貨車在35km/h～40km/h車速附近出現的駕駛室異常共振問題，進行了道路試驗，采集駕駛室內與駕駛室懸置周邊位置處的振動加速度信號。通過駕駛員總加權加速度均方根值對載貨車的乘坐舒適性進行了客觀評價，結果表明駕駛室振動異常，乘坐舒適性能很差；通過懸架、駕駛室懸置傳遞函數的計算與分析，發現駕駛室后左懸置對車橋傳遞至駕駛室的低頻振動起到極大的放大作用，是駕駛室內產生異常共振的主要原因。更換駕駛室后左懸置后，該車速段內的異常共振問題已消除。

載貨車；駕駛室；異常共振；平順性；振動傳遞函數

CLC NO.:U467Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014) 12-73-04

前言

汽車平順性是指汽車在一般行駛速度范圍內行駛時，能保證乘員不會因車身振動而引起不舒服和疲勞的感覺，以及保持所運貨物完整無損的性能[1]。由于行駛平順性主要是根據乘員的舒適程度來評價，又稱為乘坐舒適性。良好的乘坐舒適性能夠給載貨車的駕乘人員帶來舒適的乘坐體驗，不易疲勞；而乘坐舒適性差的載貨車在行駛中會產生較大的振動沖擊，不僅使乘員產生不舒適感，而且加速零部件的磨損老化，降低載貨車的可靠性及使用壽命。

載貨車駕駛室的振動問題往往涉及底盤懸架、駕駛室懸置及動力總成懸置等減振元件的匹配，其解決需要多方面的專業知識和技能，而且需要一定的時間和成本。由于目前更注重載貨車的承載能力，設計過程中忽略了很多可能對乘坐舒適性帶來影響的問題研究，這導致駕駛室振動問題越加明顯。而隨著科技的進步與社會的發展，人們對于載貨汽車乘坐舒適性的要求越來越高，對于載貨車駕駛室異常振動的研究也逐漸升溫。

載貨車駕駛室的異常振動問題產生原因主要包括車輪不平衡激勵，懸架、駕駛室懸置或動力總成懸置隔振效果不佳。

劉大維等[2]對某自卸汽車底盤在使用過程中出現的異常振動進行了試驗研究，得出車輪不平衡質量與路面不平引起的激勵頻率接近底盤車架的1階和2階固有頻率，車架產生共振，使自卸車底盤產生異常的橫向抖動。傅春宏等[3]采用有限元仿真與實車道路試驗相結合的方法，對某中型卡車在特定車速下駕駛室異常振動現象進行研究，發現車輪產生的搖振頻率與整車的固有頻率相接近，產生了共振。孫加平等[4]通過試驗分析影響整車振動的主要激勵源特性，得出造成駕駛室振動過大的主要激勵源為車輪，同時板簧和車體的傳遞特性有待改善。王成文等[5]對某商用卡車進行平順性道路試驗，找出振動的原因是駕駛室懸置的隔振效果差，與動力總成的激勵頻率共振，影響了駕駛室舒適性。

本文對某中型載貨汽車空載狀態下以40km/h的車速勻速行駛時駕駛室產生的異常共振現象進行試驗研究，從振動傳遞的角度分析共振產生的原因。

1、振動傳遞特性試驗方法

在評價隔振效果時，最常用的評價指標為系統振動傳遞率[7]。試驗測試時常用加速度形式的傳遞率表示。

如圖1所示為駕駛室振動系統，其振動輸入端為車架，振動輸出端為駕駛室。試驗測試時，在駕駛室懸置的各輸入與輸出端分別安裝三向振動加速度傳感器，用于懸置振動傳遞特性分析；在駕駛員座椅坐墊與座椅靠背安裝坐墊傳感器，在腳部地板安裝三向振動加速度傳感器，用于駕駛員乘坐舒適性客觀評價[8]。試驗在定遠汽車試驗場進行，道路符合法規要求，試驗工況為30km/h～100km/h，以10km/h為間隔。

在各測點處可測得輸入端，即車架的振動時域信號χ(t)；經過系統的傳遞后，在輸出端，即駕駛室處也有輸出信號y(t)。將兩路信號同時作快速傅里葉變換，計算自功率譜Sχχ(f)和互功率譜Sχy(f)，得到傳遞函數H(f)：

計算駕駛室懸置在其主要減振頻率范圍內傳遞函數的平均值，即可得出振動傳遞率。

2、異常共振時域信號分析

圖2、圖3分別為初速度50km/h四檔帶檔與空檔滑行試驗中，駕駛員座椅坐墊垂向振動加速度與車速的時域信號，可以看出從40km/h左右開始，駕駛室即出現異常的共振，振動幅值迅速增加，持續至30km/h附近時，共振現象消失。因此，基本可以排除動力總成激勵對駕駛室共振的貢獻，共振可能由懸架或駕駛室懸置的異常導致。

3、整車平順性試驗結果

根據國標計算駕駛員總加權加速度均方根值與等效均值[8,9]，對駕駛員乘坐舒適性進行客觀評價，結果見表1與圖4。從圖中可以看出，樣車在40km/h車速下振動顯著加劇，舒適性變差，且試驗過程中能主觀感覺到駕駛室在垂向存在異常的共振。

40km/h車速下座椅坐墊上方、座椅靠背、腳部地板各方向振動信號的1/3倍頻程加速度均方根值的結果見圖5～圖7。從圖中可以看出，座椅坐墊Z向在3.15Hz的中心頻率、座椅靠背與腳部地板的Z向在3.15Hz 與20Hz的中心頻率下均有明顯的峰值。3.15Hz中心頻率處的峰值是導致該車速下駕駛員乘坐舒適性很差的主要原因。

表1 駕駛員舒適性計算結果

4、前懸架傳遞特性

通過時域信號的分析，已初步排除動力總成激勵對異常共振的影響，下面分析前懸架的振動傳遞情況。前懸架的振動傳遞函數計算結果見圖8。從圖中可以看出，前懸架在1.5Hz～5Hz范圍內的振動傳遞率均大于1，放大了車輪對車架的振動傳遞；在10Hz～20Hz范圍內振動傳遞率均低于0.5，隔振效果較好，25Hz附近峰值為發動機激勵的貢獻。

綜合來看，前左懸架在1Hz～30Hz頻率范圍內的傳遞率均值為0.64，前右懸架在1Hz～30Hz頻率范圍內的傳遞率均值為0.60，可認為該載貨車前懸架對駕駛室共振不起主要的貢獻。

5、駕駛室懸置傳遞特性

駕駛室懸置傳遞函數的計算結果見圖9。從圖中可以看出，駕駛室后左懸置在2.5Hz～5Hz頻率范圍內，傳遞率最低為2.26，最高為6.72（峰值頻率3.42Hz），傳遞率均值為4.6，極大地放大了車架傳遞至駕駛室內的低頻振動；駕駛室后右懸置在8Hz～10.5Hz頻率范圍內，傳遞率最低為1.82，最高為2.39（峰值頻率9.40Hz），傳遞率均值為2.05，對該頻段內振動起到了放大作用；駕駛室前懸置傳遞率總體較低。

綜合來看，在1Hz～30Hz頻率范圍內，駕駛室前左、前右懸置的傳遞率均值均為0.7，后右懸置傳遞率均值為0.83，后左懸置傳遞率均值為1.06，對車架傳遞的振動起到了放大作用，為駕駛室異常共振現象的主要原因。

圖10為前左車橋至駕駛室左側懸置上方的傳遞函數，在2.5Hz～5Hz頻率范圍內，傳遞率最低為2.63，最高為7.92（峰值頻率3.42Hz），傳遞率均值為5.56。圖11為前右車橋至駕駛室右側懸置上方的傳遞率曲線，除部分頻率處的傳遞率超過1外，多數均低于0.5，前、后懸置在1Hz～30Hz頻率范圍內的傳遞率均值分別為0.46與0.52。

圖12為樣車以40km/h勻速行駛時駕駛員座椅支架、副駕駛員座椅支架、儀表板與變速桿Z向振動加速度的頻譜。從圖中可以看出30Hz以下的峰值頻率較密集，且在3.5Hz與21Hz附近存在比較大的峰值，與傳遞率分析結果相對應。

因此，可以判斷是駕駛室后左懸置狀態異常。更換新的懸置樣件后進行試車，發現35km/h～ 40km/h車速附近出現的異常共振現象已消除。

6、結論

(1) 空載狀態下，該中型載貨車以30km/h～ 100km/h的車速在良好道路上勻速行駛時，駕駛員總加權加速度均方根值介于1.22m/s2～1.79m/s2之間，主觀感覺為不舒服和很不舒服。

(2) 該中型載貨車以40km/h的車速勻速行駛時，駕駛員總加權加速度均方根值為1.79m/s2，主觀感覺為很不舒服，且在車內能明顯感覺到異常的垂向共振。

(3) 通過懸架、駕駛室懸置傳遞函數的計算與分析，發現駕駛室后左懸置對車橋傳遞至駕駛室的2.5Hz～5Hz頻率范圍內的低頻振動起到極大的放大作用，該頻段內傳遞率均值為5.56，而3.42Hz附近傳遞率達7.92，是導致駕駛室出現異常共振的主因。

[1] 吳光強. 汽車理論[M]. 北京：人民交通出版社，2007.

[2] 劉大維，陳煥明，嚴天一，等. 自卸汽車底盤異常振動原因的試驗分析[J]. 公路交通科技，2008, 25(11)∶ 136-139.

[3] 傅春宏，章適. 基于特性車速下的卡車駕駛室振動原因分析[J].汽車科技，2010, 2, 8-11.

[4] 孫加平，張袁元，李舜酩，等. 某重型卡車駕駛室振動測試與診斷[J]. 機械設計與制造，2010, 9, 213-215.

[5] 王成文，谷吉海，龐明，等. 商用車駕駛室振動測試試驗研究[J].哈爾濱商業大學學報(自然科學版)，2012, 28(5)∶ 591-595.

[6] 程序，吳國梁. 振動壓路機的振動傳遞特性與減振研究[J]. 振動與動態測試，1988, 4, 11-21.

[7] 史文庫，洪哲浩，趙濤. 汽車動力總成懸置系統 多目標優化設計及軟件開發[J]. 吉林大學學報 (工學版) , 2006, 36 (9)∶ 654-658.

[8] GB/T 4970-2009 汽車平順性試驗方法[S].

[9] QC/T 474-2011 客車平順性評價指標及其限值[S].

Experimental Research on Abnormal Resonance One Middle Truck Cab

Sheng Yun, Zhou Yu, Du Zhiliang
（Weichai Power Co., Ltd. Shanghai R&D Center, Shanghai 201315）

The road tests were carried out to analyze the cab abnormal resonance phenomenon of one middle truck under random road excitation which emerged around 35km/h～40km/h. The vibration acceleration signals of cab and cab mounting system were acquired. Through the calculation of driver general weighted acceleration root mean square, the ride comfort of the truck was evaluated subjectively. It was shown from the results that the cab vibrated abnormally with worse ride comfort. Through the calculation and analysis of suspension and cab mounting transmission functions, it is determined that the rear left cab mounting enlarged the low frequency vibration, and is the factor of cab resonance. After replacing the rear left cab mounting, the abnormal resonance of cab around 35km/h～40km/h was eliminated.

Truck; Cab; Abnormal Resonance; Ride Comfort; Vibration Transfer Function

U467

A

1671-7988(2014)12-73-04

盛云，就職于濰柴動力上海研發中心。