汽車懸架振動試驗臺垂向主振動的有效性研究

成海闊

摘要：隨著社會經濟的持續發展，汽車行業得到不斷的發展和壯大，人們對汽車性能方面又提出了新的要求。從汽車整體性能方面來看，懸架性能屬于其中十分重要的組成部分，對汽車主動安全性與穩定性起到關鍵作用。由于懸架振動試驗臺垂向主振動的有效性將對試驗臺的激振效果產生決定性作用，因此本文通過實驗探究的方式，對垂向主振動的有效性進行分析。

關鍵詞：汽車懸架振動；主振動；有效性

引言：

汽車懸架振動對主振動有效性具有決定性作用，其主要參數為車輛吸收率、特征頻率、車輪吸收率等。當采用人工方式對懸架裝置進行檢測時，由于存在主觀因素干擾，因此檢測結果可能會存在誤差。現階段，大部分汽車企業均采用懸架振動試驗臺的方式，通過實驗的方式獲取到主振動頻率、波形、振幅等參數，以此來測試汽車的懸架性能。

1.激振實驗測試點的選擇

在本文的研究中，主要的研究對象為某公司制造的ACXX-160試驗臺，該試驗臺屬于偏心輪—平臺系統，該系統屬于激振的關鍵位置。車輪支撐板與前后梁、左右梁之間相連，形成一個四方形的框架，進而形成平臺，在偏心輪的上面放置一個彈簧，并且將其以適度的力壓緊在平臺中，偏心輪所處位置在兩個支點的兩側。由于受到交流電機的拖動影響，電機轉動的速度為1400r/min。在偏心輪旋轉的過程中，偏心輪與平臺之間產生較大的摩擦，進而使平臺發揮作用，對車輪產生一些激振反映。在平臺的前、后、左、右梁的垂向方面，利用磁座連接的方式對傳感器與壓電式進行加速，獲得四個測點在三個方向上進行振動，方向分別為縱向、垂向、橫向等。通過對平臺的單頻性垂向振動進行考察，在平臺的四周一致性進行振動，并且將垂向與橫向的振動進行對比，獲取其主導性，并且獲取ACXX-160試驗臺的主振動有效性[1]。

2.試驗臺激振實驗分析

電機的轉速通常為1400r/min，采樣的頻率為60Hz，時間序列方面的長度為1024點，采用F-5103型數據采集器，在偏心輪與平臺相接觸的過程中產生了摩擦，在對平臺進行測試的過程中，主要有四個測點，三個方向加速度的信號。對測點的振動加速度功率密度與信號進行測試。

2.1電動輪的垂向振動負效應

2.1.1垂向振動負效應

按照電動車的實際參數可知，選擇濾波白噪聲作為路面輸入模型，即：

按照相關參數，建立仿真模型，對車身加速度、懸架動撓度以及動載荷之間的關系進行分析，并且得出最終的仿真結果，非簧載質量提升對車身振動方面能夠起到十分重要的促進作用，并且非簧載質量的提升對于動撓度均方根來說也產生了十分重要的影響。在其質量提升的過程中，對動載荷均方根方面也會產生較大的影響。由于動載荷數值的增加，將對車輪的轉彎性能、橫向穩定性之間產生較大的影響，從而對整個車輛的安全性產生的影響。

2.1.2車速對垂向振動負效應的影響

在對電動車的車速進行控制的過程中，最好將其保持在10-50km h-1，并且對車速對車身振動、動載荷等方面的研究中能夠得出：在車速不斷增加的情況下，車身的振動加速度方根數值、懸架動撓度數值、動載荷數值等都在一定程度上有所提升。為了去除車速產生的不利影響，對垂向振動負效應進行研究的過程中，可以采用限制車速范圍的方式來實現[2]。

2.2主動懸架控制效果分析

2.2.1被動懸架阻尼比

從汽車的整體來看，懸架阻尼比特征將對整個車的穩定性、平順性產生直接影響，如若該車處于常用的車速范圍內，對于不同車速工況來說在概率方面均相同，則該車的阻尼比將由車身振動加速度方根、懸架動撓度方根、動載荷方根等進行確定，進而根據上述數值繪制出圖形曲線，并且對每條曲線內部的積分最小值所對應的阻尼比進行計算，根據各項指標得出最佳阻尼比，然后采用不同的阻尼比系數進行積分計算，繪制出關系曲線。經過相關實驗研究后得出，最佳阻尼比的數值為0.15，車輪動載荷中的最佳阻尼比為0.32，由此可以得出該車中的最佳阻尼比范圍在0.15-0.32之間。在實際設計的過程中，由于受到扁平式空間的限制，需要將懸架動撓度融入其中，要想使整個車輛的安全性得到顯著提升，則需要根據最小原則對阻尼比進行選取，即0.294。

2.2.2懸架隨機線性控制

在加權系數的選擇方面，能夠對設計者的懸架性能起到決定性作用，并且對懸架的隨機線性進行控制和分析，主要變化體現在加權系數的變化方面，將對懸架動撓度產生較大影響。而輪胎的動載荷加權系數將會對整個車輛的加速度與動載荷之間產生較大聯系，并且二者在參數要求方面存在一定的對立關系。在常規電動車方面，車身加速度為0.8ms-2，車輪的動載荷為266.2N，懸架的動撓度為0.004123m，只有滿足上述要求，則能夠將電機所引起的車輪動載過大問題得到切實良好的解決，對懸架隨機線性進行有效的控制。

3.激振實驗結果分析

3.1前后梁的振動一致性

通過上述測試結果能夠看出，在30Hz頻率的區間中，平臺的前后梁之間在垂向振動功率方面存在較大的相同之處，主要具備以下幾個方面性質：一是在激振的過程中，存在較強的窄帶隨機特性，重點體現在偏心輪的轉動速度方面，在特征頻率方面為23Hz；二是單純的處于23Hz時，具有突出激振的功率，除了上述內容以外，在其他頻段內均不存在激振功率，這將充分表明，在激振的過程中具有單純性；三是在平臺的前后梁中的激振頻率具有一致性特征，在數值方面主要為偏心輪轉速度的特征；四是在23Hz頻率的位置時，平臺的前后梁垂向方面有較為顯著的特征，主要體現在500g2/Hz，二者之間的偏差在于9%，并且在功率譜中具有十分密切的數值。因此，當處于勻速激振的過程中，平臺在垂向方面的振動顯示成較為明顯的單頻性，在平臺的前后梁中，在垂向振動方面具有十分顯著的一致性特征[3]。

3.2垂向振動強度的主導性

在22-24Hz激振頻率范圍之內，將兩組實驗數據進行對比后能夠看出，功率譜的密度分布方面存在較大的區別，進而需要對平臺中垂向振動與橫向振動的密度情況進行對比分析。在對兩次實驗結果進行對比的過程中，22-24Hz激振頻率范圍內的分布情況如下所示：平臺垂向振動中分布狀況為集中，且特征譜值為550g2/Hz；平臺橫向振動中分布狀況為分散，且特征譜值為100g2/Hz；平臺縱向振動中分布狀況為分散，且特征譜值為130g2/Hz；由此可見，在22-24Hz激振頻率范圍內，對特征譜值進行衡量以后，平臺垂向振動強度與橫向相比來看，在強度上為5.50倍，與縱向相比來看，在強度上為4.23倍，由此可見，垂向振動與橫向和縱向相比來看具有十分顯著的優勢。

結論：

由于ACXX-160汽車的應用較為廣泛，因此本文將其作為研究對象，對汽車懸架振動試驗臺進行研究，通過本次調查研究可知，在勻速激振的過程中，首先需要對振動信號進行分析，使其具有十分良好的單頻性特征，并且在平臺前后垂向進行實驗，結果得出其具有良好的一致性，并且對于平臺的垂向、橫向、縱向振動之間具有較強的主導性，由此可見，試驗臺中的垂向主振動與其他兩種相比來看在有效性方面更具優勢。

參考文獻：

[1]鐘銀輝，李以農，楊超，等. 基于主動懸架控制輪邊驅動電動車垂向振動研究[J]. 振動與沖擊，2017，36（11）：242-247.

[2]夏存良，寧國寶. 輪邊驅動電動車大質量電動輪垂向振動負效應主動控制[J]. 中國工程機械學報，2016，4（1）：31-34.

[3]張鐵良. 基于虛擬樣機的軌道車輛垂向/橫向振動主動控制技術研究[D]. 大連交通大學，2015.