汽車零部件BSR試驗臺技術(shù)概述

樊澤奇，徐蘭欣，冀瑤，遆紅彬，劉越，王偉

(長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北保定 071000)

汽車零部件BSR試驗臺技術(shù)概述

樊澤奇，徐蘭欣，冀瑤，遆紅彬，劉越，王偉

(長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北保定 071000)

汽車零部件BSR試驗臺通常由激振器、臺體、卡具、冷卻系統(tǒng)以及控制器等部件組成。通過介紹試驗臺各主要部件的結(jié)構(gòu)及功能，來論述汽車零部件BSR試驗臺的關(guān)鍵性技術(shù)指標及要求。

BSR試驗臺；路譜模擬；振動；噪聲；頻率

Abstract:The vehicle component BSR testing system commonly consists of shaker,dais of system,fixture,cooling system and controller.Some parameters and condition request of vehicle component BSR testing system were discussed by describing its composition and function.

Keywords:BSR testing system;Spectrum simulation; Vibration; Noise; Frequency

0 引言

BSR(Buzz Squeak Rattle)即共振引起的嗡嗡聲(Buzz)、摩擦引起的吱吱聲(Squeak)和撞擊引起的咔嗒聲(Rattle)。其中80%～90%BSR問題是由儀表板、座椅、門內(nèi)飾板等內(nèi)飾系統(tǒng)和零部件產(chǎn)生。BSR問題給人低品質(zhì)感，已經(jīng)逐漸成為影響汽車品質(zhì)的一個重要因素。

由于車輛BSR問題涉及因素眾多，排查解決最有效的手段便是借助試驗。汽車零部件BSR試驗臺能夠?qū)崿F(xiàn)在BSR試驗室內(nèi)對零部件進行振動沖擊，通過對試驗臺輸入路譜曲線或設(shè)置路譜振動參數(shù)，對試驗件進行道路模擬振動并激發(fā)異響，從而在試驗室內(nèi)進行BSR問題診斷，是專門用于開展汽車零部件BSR試驗的振動設(shè)備。

1 激振器

對于汽車零部件BSR試驗臺，一種安靜的并且能夠把振動譜復(fù)現(xiàn)到被測物上的振動源是必不可少的。激振器就是一種合適的振動源，它可以將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能 ,根據(jù)輸入信號對試件提供大小不同的激振力。它主要由兩部分組成：一部分為定圈，與殼體固定在一起，可以產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場；另一部分為動圈，在通交流電后產(chǎn)生變化的磁場，依靠磁力作用，動圈相對于定圈產(chǎn)生線性的往復(fù)運動。依據(jù)定圈勵磁方式的不同，激振器可分為電磁式和永磁式。電磁式激振器定圈采用電磁線圈，磁場密度大，因此激振力大，但產(chǎn)生的熱量較多，一般需要配備冷卻系統(tǒng)對其進行降溫，勵磁過程中產(chǎn)生的噪聲相對于永磁式激振器會較高。永磁式激振器由于定圈的限制，產(chǎn)生的激振力較小，不適用需要大推力的試驗場合，但運行中產(chǎn)生的熱量非常少，且相對于電磁激振器會更加安靜。圖1所示試驗臺使用的就是兩個永磁型激振器，沒有配備冷卻系統(tǒng)。汽車零部件BSR試驗屬于舒適性試驗，不需要被測物進行過大的激勵，但卻必須要求設(shè)備本身產(chǎn)生的噪聲小于被測件產(chǎn)生的噪聲10 dB(A)以上，否則設(shè)備噪聲就會對被測件噪聲產(chǎn)生干擾，影響試驗數(shù)據(jù)。因此，永磁式激振器在BSR試驗方面的應(yīng)用較電磁式激振器會較為廣泛一些。此外，研究表明：激振器的振動行程應(yīng)盡量達到25 mm,以保證真實的振動情況能夠很好地復(fù)現(xiàn)。

2 臺體

臺體是零部件BSR試驗臺的主要機械總成，其結(jié)構(gòu)直接決定了試驗臺的性能。臺體主要由基座和工作臺面組成。

2.1 基座

基座用來支撐工作臺面以及臺面上的卡具和試驗件。基座須帶有空氣彈簧，由于某些被測件本身的重心與中心不一致，激振時會產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)加速度，引起振動不平衡，帶有空氣彈簧的基座可以消除這些影響，穩(wěn)定夾具和被測件。此外配備空氣彈簧鎖定裝置、位置傳感器和伺服控制還可確保夾具和試驗件始終處于激振器激勵行程的中間位置。圖2為一種帶空氣彈簧的基座支撐工作臺面的示意圖。

2.2 工作臺面

工作臺面用來承載或支撐，并將受到的來自激振器的激振力傳遞給被測試驗件，其作用類似于汽車車身。工作臺面的質(zhì)量是影響零部件BSR試驗臺的一項較為關(guān)鍵的指標。

fmax=(mw+mc+mt)a

(1)

其中：fmax為激振器最大激振力；

mw為臺面質(zhì)量；

mc為卡具質(zhì)量；

mt為試驗件質(zhì)量；

a為振動加速度。

在傳統(tǒng)朗讀教學中，教師大多采取領(lǐng)讀、演示等方式進行教學。在這種教學方式中，學生始終處于被動狀態(tài)，難以激發(fā)朗讀的興趣。因此，在小學語文課堂朗讀教學設(shè)置與教學實踐中，想要提升朗讀教學質(zhì)量，還需要改變當前的朗讀教學方式，引入多樣化教學方式，充分激發(fā)學生的學習興趣。引導(dǎo)學生更好地融入到朗讀教學中，從而保證教學質(zhì)量，提升學生的朗讀能力。

由公式(1)可知：激振器提供的激振力一定的情況下，工作臺面質(zhì)量越大，試驗臺的負載能力相應(yīng)地越小；相反，臺面的質(zhì)量越小，則負載的能力便會越大。減輕工作臺面的質(zhì)量目前有兩種途徑：(1)使用高強度、輕質(zhì)量鎂鋁合金材料；(2)把臺面設(shè)計成中空結(jié)構(gòu)，并且在臺面上均勻開設(shè)蜂窩孔，此種設(shè)計不僅可以大幅度減輕臺面質(zhì)量，同時還可以減小空氣阻力。圖3為一種蜂窩狀設(shè)計工作臺面。

此外，設(shè)計臺面時還應(yīng)充分考慮卡具的安裝位置，提前在臺面上預(yù)留用以安裝卡具的螺紋孔。

3 卡具

在汽車零部件BSR試驗臺組成部件中，卡具是一種固定機構(gòu)。開展試驗時，試驗件必須牢牢地固定在臺面上。臺面、卡具與試驗件三者不能產(chǎn)生摩擦、撞擊和相對運動，卡具本身更不能產(chǎn)生噪聲。卡具設(shè)計是否合理，直接影響試驗的準確性和有效性。通過對行業(yè)內(nèi)現(xiàn)有BSR試驗臺的研究，作者認為合理的卡具應(yīng)具有以下幾個特點：

(1)針對某一試驗件，卡具應(yīng)最大化地接近該零部件在實車內(nèi)的安裝情況。即試驗時試驗件的固定點應(yīng)盡可能與在實車上的安裝點一致，以此來保證試驗數(shù)據(jù)盡可能反映實車的真實情況；

(2)卡具的共振頻率范圍應(yīng)在5～200 Hz以外。試驗過程中卡具如果發(fā)生共振，會加大背景噪聲水平，改變試驗件的振動輸入，同時也會使試驗控制變得非常困難。對于汽車零部件BSR試驗，振動頻率通常在5～200 Hz內(nèi)，此范圍以外的振動對BSR影響不大，因此必須保證卡具在此頻率范圍內(nèi)不會發(fā)生共振；

(3)卡具設(shè)計應(yīng)選用輕質(zhì)量、高強度材料。由于卡具需安裝在臺面上，會增大臺面的負荷，振動過程中也需要消耗一部分振動能量，因此卡具本身的質(zhì)量必須盡可能小。此外，卡具還必須保證在經(jīng)受長時間的振動沖擊后不會發(fā)生變形或斷裂。鎂合金是一種制作卡具的合適材料，它具有質(zhì)量輕、強度高、阻尼性好等特點。此外，鋁合金也是一種可以接受的材料。

4 冷卻系統(tǒng)

對于零部件BSR試驗臺，激振器在長時間、大負載運行條件下內(nèi)部會產(chǎn)生較多的熱量，如果不能很好地散發(fā)，就會燒毀內(nèi)部線圈。根據(jù)零部件BSR試驗臺所用激振器的種類及試驗臺所需的運行工況，須有選擇地對激振器配備冷卻系統(tǒng)。

5 控制器

5.1 輸入與輸出通道

控制器相當于試驗臺的大腦，通過對激振器進行閉環(huán)控制，實時控制試驗的振動強度。輸入通道與輸出通道數(shù)是影響試驗臺性能的關(guān)鍵指標。所謂輸入、輸出通道是針對控制器的信號傳入、傳出通道而言的，控制器通過對輸入通道傳入的傳感器信號進行分析計算，通過輸出通道傳出指令到激振器，從而控制激振器的運行。輸入通道數(shù)與傳感器數(shù)量對應(yīng)，數(shù)量越多反饋的信息越全面和準確；輸出通道數(shù)則與激振器數(shù)量對應(yīng)，通常有幾個激振器，則相應(yīng)地需要幾個輸出通道。依據(jù)經(jīng)驗，對于測試形狀、尺寸較大的汽車零部件，如儀表板、車門等，控制器輸入通道數(shù)應(yīng)至少有4個，否則試驗將不能很好地模擬試驗件在實際路面的振動情況。

5.2 信號處理

控制器應(yīng)具有處理分析隨機信號和掃頻信號的能力，更優(yōu)良的控制器還可以處理時間歷程信號、沖擊信號、隨機+掃描信號。信號種類越多，試驗臺可實現(xiàn)的振動種類越多，功能越完善。

6 試驗室要求

除了設(shè)備本身技術(shù)要求，汽車零部件BSR試驗臺還對試驗室環(huán)境有著特殊的要求。

6.1 背景噪聲

試驗室背景噪聲須低于35 dB(A)。要達到此背景噪聲水平，房間一般設(shè)計成靜音室或半消聲室。

6.2 隔振

干擾振動(外界傳入的或試驗室內(nèi)其他設(shè)備產(chǎn)生的振動)須低于試驗振動水平的5%。試驗室及設(shè)備須進行隔振處理，對房間進行隔振處理可以減小外界環(huán)境振動輸入，降低試驗室背景噪聲；對試驗臺進行隔振處理可降低試驗室內(nèi)其他設(shè)備對試驗臺的影響。

7 結(jié)論

汽車零部件BSR試驗臺的溫控能力、激振力大小、噪聲水平、輸入輸出通道數(shù)、信號處理能力以及臺面和卡具的設(shè)計都是非常關(guān)鍵的技術(shù)指標和要素。隨著近幾年汽車BSR問題逐步受到重視，國內(nèi)車企相繼開始建立BSR問題解決能力。國外車企多年前就開始應(yīng)用BSR試驗臺進行BSR問題驗證及控制，經(jīng)過多年的試驗，汽車BSR問題數(shù)量已明顯降低。汽車零部件BSR試驗臺是試驗室內(nèi)開展BSR試驗必不可少的關(guān)鍵設(shè)備，未來幾年在國內(nèi)的應(yīng)用一定會日趨廣泛。

【1】 赫爾姆特·富克斯.噪聲控制與聲舒適[M].北京：中國科學技術(shù)出版社，2012.

【2】 杜功煥，朱哲民.聲學基礎(chǔ)[M].南京:南京大學出版社，2001.

【3】 龐劍.汽車噪聲與振動-理論與應(yīng)用[M].北京:北京理工大學出版社,2006.

【4】 Subjective Subsystem/Component Squeak and Rattle Test[S].GMW GMW7293:2006.

【5】 Objective Subsystem/Component Squeak and Rattle Test[S].GMW GMW14011:2006.

TheBriefStatementoftheTechnologyofVehicleComponentBSRTestingSystem

FAN Zeqi,XU Lanxin,JI Yao,DI Hongbin, LIU Yue, WANG Wei

(Hebei Province Motor Engineering Technical Graduate Center，Great Wall Motor Company Limited Technical Center,Baoding Hebei 071000,China)

2014-03-24

樊澤奇(1987—)，男，學士，助理工程師，研究方向為汽車噪聲與振動。E-mail：cyzbyqjc@gwm.cn。