基于试验数据的汽车振动传递特性分析

陈海燕，唐 岚

（西华大学交通与汽车工程学院，成都 610039）

汽车的平顺性主要是保持汽车在行驶过程中产生的振动和冲击对乘员舒适性的影响在一定界限之内，主要是根据乘员主观感觉的舒适性进行评价。对于载货汽车，还包括保持运输物品的完好性，它是现代汽车的主要性能之一[1]。汽车平顺性的好坏不仅影响驾驶员、乘员的舒适性，疲劳程度以及货物的完好性，还影响到汽车的经济性甚至安全性[2]。因此，对汽车平顺性的研究是汽车技术发展的重要课题。

本文就某轻型货车，基于多工况下的道路试验数据，利用MATLAB强大的数据处理功能，分析其振动传递特性，对改善整车舒适性具有重要意义[3-4]。

1 试验方案

试验参照执行标准GB/T 4970-1996《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》，采用八通道数据采集系统，采集某轻型货车的振动加速度[5]。

试验条件：整车各总成、部件、附件及附属装置在规定的位置上按规定装备齐全，调整状况符合技术条件的规定；轮胎气压应符合汽车技术条件的规定；试验用燃油、机油正常；发动机工作正常。试验道路包括沥青路和砂石路两种。沥青路选用的是高速公路，路面状况良好；砂石路选用的是普通公路。试验人员包括驾驶员和两位操作人员，坐姿与载荷均满足标准要求。

试验坐标系与整车坐标系相同，即垂直方向为Z轴，左右方向为Y轴，前后方向为X轴。传感器测点位置包括：副驾驶一侧3个布点位置，驾驶室地板固定传感器安装支座，三个方向各布置一个加速度传感器；驾驶室一侧3个布点位置，驾驶员座椅处绑定传感器安装支座，三个方向各布置一个加速度传感器；动力总成前悬置4个布点位置，左右主被动侧各一个加速度传感器，主动侧安装在靠近悬置位置的车架上，被动侧反向布置于发动机靠近悬置位置的油底壳上；车架上2个布点位置，前车架与前悬架主动侧共用，后车架上端左右靠近悬架位置各布置一个加速度传感器；车桥两端4个布点位置，前后桥左右两端靠近减振器位置各布置一个加速度传感器，共获得16个通道的数据。

试验工况如表1所示。试验分左右两边进行，试验前设置数据采集系统相关参数，采样频率为500 Hz，采样时间间隔△t=0.002 s。待系统稳定后采集加速度误差信号，再采集各试验工况下传感器的加速度时域信号。

2 试验数据处理与分析

吸附在轻型货车上的传感器，随着测试环境的不同，尤其是发动机温度的变化，对测试信号的影响十分显著，因而有必要在道路试验前采集误差信号。在MATLAB环境下，对振动信号进行误差处理，再运用信号工具箱进行时域和频域分析[6-9]。

时域传递率是振动响应的时域加速度均方根值与激励的时域加速度均方根值之比。频域传递率是将激励与响应的加速度信号分别进行FFT变换，同一频率下，响应与激励的幅值之比即为频域传递率，以频率为横坐标，频域传递率为纵坐标，得到振动传递率频域曲线[10]。下面具体分析各悬置的时域传递率和频域传递率。

2.1 时域传递率

2.1.1 左右两侧各悬置的时域传递率

在有减振器的情况下，左右两侧各悬置在沥青路面不同车速下的时域传递率如图1所示。

从图1（a）可看出，整体来讲，左侧（驾驶室一侧）的时域传递率比右侧（副驾驶一侧）的时域传递率小；随着车速的增加，左侧的时域传递率均小于1；而右侧的时域传递率，在空载和满载时，车速约低于55 km/h大于1；车速大于90 km/h时域传递率降至小于1。

从图1（b）可看出，左右两侧在不同载荷、不同车速下的时域传递率最大值为0.20。

从图1（c）可看出，总体来说，左侧的时域传递率比右侧的时域传递率大。除了左侧满载时的时域传递率有较大起伏外，其余基本上小于1，且随着车速的增加，时域传递率呈减小趋势。在最高车速110 km/h时，左右两侧三种装载下的时域传递率低于0.4。

2.1.2 空载时不同车速下有无减振器的时域传递率

该轻型货车空载时，左右两侧各悬置在不同车速下拆除减振器前后的时域传递率如图2所示。

空载各个测试速度下，左右两侧有减振器时，前车架与前车桥的时域传递率比无减振器时的值大，轻型货车在沥青路面行驶时，右侧的减振器令前车架与前车桥的时域传递率大于1，振动呈放大状态。

空载各个测试速度下，左侧有减振器时，前车架与发动机的时域传递率同样比无减振器时的值大，右侧的情况总体来说与左侧相反。但这四种情况下，前车架与发动机的时域传递率的值均很小，低于0.20。

后车架与后车桥的时域传递率，拆除减振器前后的值跟前车架与前车桥的时域传递率的情况类似，有减振器时的时域传递率较无减振器时要大，泥石路面上左侧表现非常显著。总体上时域传递率较小，振动呈衰减趋势。

2.2 频域传递率

采样点数较多，分析的频率范围在0～250 Hz，频域传递率曲线起伏较大。为便于观察，利用最小二乘法原理，拟合一条频域传递率曲线。下面以轻型货车空载时 驾驶室一侧为例说明。

有减振器，在泥石路面以15 km/h匀速行驶时的频 域传递率如图3所示。

无减振器，在泥石路面以15 km/h匀速行驶时的频 域传递率如图4所示。

从图3和图4中可以看到，该轻型货车在泥石路面上以15 km/h匀速行驶时，由于路面的冲击、驾驶员操作的影响以及其他因素，有减振器时的频域传递率比无减振器时的频域传递率高，减振效果不佳。前车架与前车桥的频域传递率分别在49 Hz、52 Hz时最为突出；前车架与发动机的频域传递率均小于1；后车架与后车桥的频域传递率随着频率的增大呈振荡衰减的趋势。

有减振器，在沥青路面以15 km/h匀速行驶时的频域传递率如图5所示。

无减振器，在沥青路面以15 km/h匀速行驶时的频 域传递率如图6所示。

从图5和图6中可以看到，该车空载时，以15 km/h在沥青路面匀速行驶时，减振器的减振效果非常显著。在无减振器的情况下，前车架与前车桥的频域传递率在113 Hz时最为显著，高达36.16。经减振，频域传递率降至4.46，降幅达87.7%；前车架与发动机的频域传递率在无减振器的情况下，最大值低于0.72；而在减振器的作用下，进一步降低到0.03；后车架与后车桥在113 Hz时，频域传递率仍然在最高点，达19.74，减振后达到0.95，有效抑制了振动。

3 结论

由分析可知，该轻型货车在沥青路面的减振效果较为显著，在泥石路面的隔振效果表现不佳，可以对减振器的结构、安装位置等作进一步改进。

[1]余志生.汽车理论（第5版）[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2]郝少锋，吴义民，刘宝锋.车辆平顺性改善试验研究[J].汽车实用技术，2010，（2）

[3]姜永胜，阳凤生，王其东.基于实验数据的汽车振动性能分析系统的开发[C].中国汽车工程学会年会论文集，2007.

[4]梁新成，黄志刚，冯涛.基于路面激励的汽车振动信号处理[J].北京工商大学学报：自然科学版，2009，27（1）

[5]GB/T 4970-1996，汽车平顺性随机输入行驶试验方法[S].北京：中国标准出版社，1996.

[6]朱明武，李永新，卜雄洙.测试信号处理与分析[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.12.

[7]楼顺天，姚若玉，冶继民.基于MATLAB7.x的系统分析与设计——信号处理[M].西安：西安电子科技大学出版社，2005.

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[9]葛哲学.精通MATLB[M].北京：电子工业出版社，2008.2.

[10]刘乘，刘晓晨，刘颖君，等.基于LabVIEW的缓冲材料振动传递特性数据采集与处理系统[J].广西轻工业（计算机与信息技术），2008，112（3）