自卸車行駛抖動研究與分析

楊珍 陳靖

摘 要：汽車行駛抖動故障產生的機理復雜，表現型式也是多種多樣，行駛抖動問題往往會讓用戶產生較大的抱怨從而影響產品市場口碑。主機廠一方面采取讓利或商務補償來降低或消除客戶的抱怨，另一方面也在不斷尋求技術、質量改進，提升產品的駕乘舒適性。本文以某款工程自卸車故障現象為例，從駕駛室懸置、車輪總成動平衡、傳動軸的布置及動平衡等方面分析抖動產生原因并得出改善方案，為解決自卸車行駛抖動故障提供參考。

關鍵詞：自卸車 平順性 行駛抖動 綜合隔震率 動平衡

1 前言

隨著商用車產業的快速發展及商用車消費者群體的年輕化，商用車消費者對車輛乘坐的舒適性的要求也在逐步的提高。本文重點介紹工程自卸在正常行駛過程中，在某個特定速度段出現行駛抖動故障現象，由于行駛抖動產生的機理較為復雜，且會給車內駕乘人員造成一種非常不適的振顫感，嚴重影響整車的舒適性及對該類車型的市場口碑。本文從工程自卸車整車布置、駕駛室懸置匹配、車輪總成和傳動軸的動平衡等方面研究與分析，找出主要影響因素，有效的提出了一套解決自卸車行駛抖動的改善方案。

2 某工程自卸車行駛抖動現象及機理分析

2.1 行駛抖動現象

某工程自卸車是針對中短途建筑材料、工地渣土運輸開發的車輛。駕駛室采用平頭排半平頂駕駛室，豪華美觀，駕駛室懸置采用市場主流四點半浮，匹配玉柴4缸發動機，法士特10檔變速箱，大速比后橋，詳細配置見表1。該車型動力強勁，機動靈活、通過性能好，深受用戶青睞。為了實現以上特點，該工程自卸設計時軸距小、自重輕、載質量大，相比市場同類車型，該車板簧作用長度短且懸架剛度偏大，以上這些特點也必然會影響整車的駕乘舒適性。

該車在特定時速段內出現異常抖動現象，主要故障現象為：一級公路上空載行駛至50～55km/h左右時駕駛室出現上下跳動，60 ～70km/h整車左右擺動，特別是在彎道行駛時，故障型式明顯加重。

2.2 行駛抖動機理分析

車輛使用過程中產生異常抖動的原因錯綜復雜，故障表現形式也多種多樣。而汽車作為一個系統，是由眾多零部件組成，在行駛時內外部的激勵源繁多，傳遞途徑也很復雜。根據振動產生機理，可將振動簡化為源-傳遞路徑-響應三個模型，駕駛室抖動為受迫振動，其特點是振動響應頻率等于激振頻率，通過對駕駛室振動響應信號進行分析，以確定引起駕駛室異常抖動的激勵源。

3 車輛行駛抖動故障分析及解決措施

從影響整車平順性激勵傳遞路徑進行分析，路面不平和車速是汽車振動系統的輸入，此輸入經過由輪胎、板簧懸架、減震器、駕駛室懸置、座墊等彈性和阻尼原件的傳遞。這些彈性原件在設計上基本都能滿足人身體對振動的要求，而實際使用中出現的異常抖動，往往是由零部件損壞或未滿足設計質量要求所致。從汽車動力傳動系統激勵源分析，傳遞路徑涉及到的任何一個零件的失效都可能影響汽車的平順性指標，常見的故障如：傳動軸共振、后橋擺振等。結合該工程自卸車的特點，通過不斷試驗驗證，主要確定為該車輛異常抖動主要因素有以下幾方面：

3.1 車輪總成的故障及解決措施

通過分析故障車輛出現異常抖動的時速段，主要表現在車輛高速時速段內。而高速段抖動往往輪胎均勻性因素產生，由于輪胎質量相對車輪的對稱面不對稱，當車輪高速轉動時就會出現左右擺動，形成動不平衡狀態，造成車輛在行駛中車輪抖動、駕駛室震動的現象。除此之外，輪胎出現軸向端面材料厚度不均勻、骨架材料密度不均勻、輪胎與軸心同軸度偏移等現象均會造成輪胎徑向跳動量超標。車輛行駛在平坦路面上時，徑向力波動如同車輛行駛在凸凹不平的路面一樣，容易引起車輛單一頻率的振動。當輪胎跳動指標超過一定范圍后，將導致整車行駛不平順、操縱性差，從而產生共振抖動。

測量故障車輛轉向橋車輪總成的徑向跳動、單側動不平衡量以及鋼圈安裝面的平面度，根據實際測量值，按設計要求值進行零部件更換，通過組織駕乘主觀評測，車輛高速擺動故障得到明顯改善。通過驗證，控制車輪總成的徑向跳動、單側動不平衡量及平面度對整車行駛舒適性有很大作用。

3.2 傳動軸CAE分析及故障排查

自卸車形式抖動問題其中的另一個主要因素是由傳動軸的共振引起的，當車輛提速至共振車速時，車輛會發生抖動問題。傳動軸彎振引起抖動的主要內因是：傳動系統的彎振作為傳動系統的固有屬性與發動機二階點火頻率或傳動軸自身旋轉激勵產生共振。通過傳動軸CAE模態分析，計算得到傳動軸的陣型和模態頻率分析結果如表所示。

由分析的模態結果看出，當最高車速為80Km/h時，傳動軸安全工作頻率大于傳動軸的第一階固有頻率，存在共振風險。為了避免傳動軸發生共振，需要將傳動軸頻率提高到108.6Hz以上。經對故障車輛傳動軸軸管直徑由100mm加粗到110mm進行路試驗證，無傳動軸高速共振故障。

3.3 傳動軸布置與動力輸入、輸出軸夾角及當量夾角

傳動軸與變速箱輸出軸夾角α1、與后橋輸入軸夾角α2以及傳動軸的當量夾角β大小是影響傳動軸工作性能的關鍵因素，近些年來隨著載貨車領域大傾角后橋的推廣以及商用車動力線匹配優化的呼聲越來越高，α1、α2和β如何取舍能夠對車輛的抖動改善最為明顯，在保持發動機傾角不變的情況下，通過調整α2及β大小進行試驗分析，具體如表3：

分析以上數據和人體主觀評價，α2（°）角度越小對整車抖動改善越明顯，后期通過開發大傾角后橋，減小傳動軸與后橋夾角對于這種短軸距車型異常抖動改善非常明顯，目前已在同類車型中進行了批量應用。

4 實車驗證

通過優化故障車輛駕駛室后懸置，檢測并提高車輪總成、傳動軸總成精度和減小傳動軸與后橋夾角，實車驗證后改善明顯。同時在設計上可考慮提高傳動軸工作頻率使其避開發生共振的頻率，將以上方案推廣至市場問題處置，異常抖動方案可行、有效，避免了盲目的拆裝更換零部件造成人力、物力、財力的浪費。

參考文獻：

[1]汽車設計[M].機械工業出版社.

[2]汽車構造（下冊）[M].北京：人民交通出版社， 吉林工業大學汽車教研室.

[3]自卸車駕駛室抖動原因解析 ?張紅星 汽車科技第6期.