长途客车摆臂式平衡悬挂系统的试验分析

赵云鹤

(北安农垦交通局)

1 摆臂式平衡悬挂的优点

(1)相对于推杆式平衡悬挂而言，由于取消了从动桥的过桥部分，使左右两车轮相互独立，减小了非悬挂部分的质量，提高了行驶平顺性。(2)悬架和车架采用两点支撑，使受力均匀，提高了车架的强度和刚度。(3)制动力矩易于平衡，制动稳定。(4)汽车向前行驶时，由于轴荷转移，提高了车轮和路面的附着性能，使驱动力增大。(5)除少量悬挂部分的零件外，汽车大部分零部件可与原型通用，降低了生产成本，又易变型投产。

2 摆臂式平衡悬挂结构特点

2.1 悬挂结构简介

如图1，驱动桥和承载桥由钢板弹簧3、吊耳7、摆臂10连接起来，并保持两桥的轴荷平衡，通过钢板弹簧前卷耳2和摆臂轴座8与车架相连。摆臂和承载桥安装成一体，通过摆臂轴9使摆臂10成为摆臂机构，左右摆臂的后端分别安装一个承载轮，组成摆臂式平衡悬挂机构。

2.2 悬挂特点

(1)驱动桥和承载桥通过包括弹簧长度在内的杠杆比来确定静载平衡，也即静载轴荷比取决于杠杆比大小。杠杆比由下式确定

(2)汽车行驶时，驱动桥和承载桥之间存在轴荷转移，从而达到动态下的力矩平衡。由于轴荷转移，增大了驱动轮对地面的作用力，从而提高了汽车和路面的附着性能，克服了一般6×2汽车易于打滑的现象。

(3)摆臂式平衡悬挂刚度不仅与弹簧刚度有关，而且与轴荷比(即杠杆比)有关。悬挂系统刚度用下式计算

式中:K为悬挂系统刚度;k为弹簧刚度;r为杠杆比。

3 固有频率试验

(4)摆臂式平衡悬挂的振频在空载和满载时，由于负荷变化较大，使得振频变化的幅度也较大，因而悬挂设计无法做到两者兼顾。

(5)驱动轮与承载轮通过钢板弹簧和摆臂组成弹性悬挂系统，相互产生运动上的制约和影响，致使摆臂式悬挂的受激振动是一种复合型振动。

(6)在驱动力矩产生轴荷转移的同时，也将产生使汽车向后倾翻的后倾力矩。因此，摆臂式平衡悬挂适于在长轴距的汽车上采用，以避免向后倾翻问题。

(7)摆臂式平衡悬挂的汽车转向不能保证各轮做纯滚动，因而不可避免地存在轮胎不正常磨损。

3.1 试验方法和数据处理

固有频率和相对阻尼系数是平顺试验要测定的悬挂系统的两个重要参数。试验内容包括:①将承载轮悬起卡死，仅使驱动轮着地(保持轴荷不变)，悬挂系统相当于传统的钢板弹簧悬挂结构;②承载轮着地，通过摆臂和驱动轮构成摆臂式平衡悬挂。试验采用滚下法，使汽车从凸块上滚下，汽车悬挂系统产生自由衰减振动。通过安装在车桥上和车厢地板上的加速传感器，经由电荷放大器，用磁带记录仪记录车身和车轴上的自由衰减振动的时间历程，每次记录时间

3.2 实验仪器

不少于20s，重复5次。然后将磁带记录的信号输入信号处理机，采样时间间隔Δt=20ms，频率分辨率为Δf=0.05Hz，得到车桥部分和车身部分的加速度自功率谱Gz(f)和GQ(f)、幅频特性│Z/Q│、相频特性和想干函数。

(1)加速度传感器:压电晶体式，型号4367(丹麦BK)，频响范围0.1×10600Hz。

(2)电荷放大器:型号2635，频响范围0.1～200Hz。

(3)磁带记录仪:型号RTP5-10B，频响范围0～5000Hz，信噪比45dB。

(4)信号处理机:型号7T08S，频响范围DC-50kHz。

3.3 实验分析

(1)在高频区9.5648Hz处有一峰值，此峰值频率为车轮部分国有频率f10。

传统形式钢板弹簧悬挂在低频区3.2208Hz处有一峰值，此峰值频率为车身部分固有频率f10。

从幅频特性上得到峰值频值率为3.612Hz，此峰值频率为车轮部分不运动时，悬挂系统的固有频率f0，峰值A0=1.744，由此近似计算出相对阻尼系数Φ=0.350。

从得到峰值处相干函数coh2(f)为0.930，说明幅频特性的峰值是基本可信的。

从得到在高频区12.2Hz处有一峰值，此峰值频率为车轮部分固有频率f10。

从得到摆臂式平衡悬挂在低频区共有三个峰值频率，即1.46Hz、2.2448Hz和3.1232Hz。差别表明，它们的振型是不同的。

从幅频特性得到在2.3424Hz处有一峰值，此处相干函数coh2(f)为0.875，说明此处幅频特性是基本可信的。那么2.3424Hz可认为即使车轮部分不运动，摆臂式平衡悬挂系统的固有频率f0，峰值A0=1.498，由此近似计算出相对阻尼系数Φ=0.449。

(2)自功率频谱反应了振动能量在频率域上的分布和大小。比较两种悬挂结构的车身部分振动加速度自谱可明显地看出，在低频区摆臂式平衡悬挂的峰值频率降低，幅值下降，这对提高汽车平顺性是有利的。

(3)幅频特性全面地反映了悬挂系统在各种频率上的衰减特性。比较两种悬挂结构的幅频特性可以看出，摆臂式平衡悬挂的固有频率降低，幅值比A0下降，而相对阻尼系数增加。表明摆臂式平衡悬挂衰减特性比传统形式钢板弹簧悬挂要好，这对提高汽车平顺性也有利的。

(4)汽车平顺性理论分析支持度，车身部分固有频率降低，将使车身振动加速度的标准差下降，也就是使振动强度降低。因此，采用摆臂式平衡悬挂能够提高汽车行驶平顺性。

(5)试验表明，摆臂式平衡悬挂系统的固有频率偏高，而根据理论推荐，公共汽车的悬挂系统固有频率一般在1.2～1.8Hz范围。因此，要提高长途客车的行驶平顺性，有必要降低悬挂系统的固有频率。

我们对长途客车的摆臂式平衡悬挂系统进行了一些平顺性项目试验，得到一些数据和图谱。说明了悬挂系统对固有频率的影响，但缺少行驶状态下摆臂式平衡悬挂系统的传递特性。要完整透彻地分析清楚，还需要从理论上和试验上继续深入研究。

[1] 罗明廉.关于装有平衡悬挂的三轴汽车的振动问题[J].汽车技术，1981，(1).