某军用越野车车载电子设备的减振设计

岳超

摘 要随着我国汽车行业的发展，车载电子设备的发展也倍受人们关注。由于汽车在行进过程中，承受来自发动机工作和运输过程中等多种形式产生的机械力，倍受振动和冲击的作用，对车载电子设备的危害极大。根据调查显示，由于振动引起的电子设备故障占到电子设备总故障率的百分之八十以上。如此高的占比说明了振动对于车载电子设备的危害是最大的，必须加以重视。本文通过对车载电子设备的工作环境进行分析，进行车载电子设备的隔振系统设计，希望对促进我国车载电子设备的安全可靠和发展做出积极贡献。

【关键词】车载电子设备 隔振系统 设计

车载电子设备由于受到来自于各方面的机械力，对其本身的危害是巨大的。危害方式主要是由于设备在某一个激振频率下产生振幅很大的共振，这样的情况最终会导致因为振动加速度超过设备所能承受的极限加速度而损坏，直接导致车载电子设备的损坏。所以在进行车载电子设备的隔振系统设计时，要充分考虑车载电子设备在各激振频率下的响应值小于设备所能承受的极限，对电子设备进行最大意义上的保护，使其更加安全可靠。

1 车载电子设备隔振器的设计原理

通常来讲，对车载电子设备进行隔振系统设计，就是通过在车载电子设备上加装隔振器来实现减振。将电子设备与隔振器看成是一个系统，在车体传来振动信号与频率时，首先经过减振器的作用，对振动信号进行减弱，之后再传递给车载电子设备，这样经过减振器的作用，传到电子设备上的振动信号和振动频率都会降低，从而达到保护电子设备的目的。在电子设备上加装减振器不但对于车载电子设备的性能和安全是一个保护，同时也是对于整车的性能和安全是一个保护，能够提高乘车的安全性和舒适性，通过减弱振动信号与频率，保护车体不受振动困扰，使整车的安全可靠得到一个保障。

隔振就是通过在设备或器件上安装减振装置，隔离或减少它们与外界间的机械振动传递。在电子设备与基础之间安装弹性支承即减振器，以减少基础的振动对电子设备的影响程度，使电子设备能正常工作或不受损坏；这种对电子设备采取隔离的措施，称为被动隔振。一般情况下，仪器及精密设备的隔振都是被动隔振。

被动隔振系数：振动来自基础，其运动用U=Uosin（ωt）表示，也是周期振动。被动隔振也可用隔振系数η表示其隔振效果，它的含义是被隔离的物体振幅与基础振幅之比（或是振动速度幅值、加速度幅值的比值），可用下式计算：

η=xo/Uo

={[1+4ξ2（f/fo）2]/[1-（f/fo）2]2+4ξ2（f/fo）2}0.5

（1）

（1）式中xO——物体的垂向振幅（m）；

UO——基础的垂向振幅（m）；

f——振动力的频率（HZ）；

fo——隔振系统的固有频率（HZ）；

k——隔振器的刚度（N/m）；

m——物体的质量（kg）；

g——重力加速度（ 9.8m/s2）；

ξ——减振器的阻尼比（橡胶减振器的阻尼比为0.02～0.15）。从η的表达式可以看出，隔振系数η与频率比（f/fo）及阻尼比ξ有关。

当f/fo<<1时，隔振系数η=1。此时振动力变化缓慢，且其几乎等值传递到基础上。

当 f/fo=1时，隔振系数η为最大，振动力有放大现象，此时系统处于共振状态；η值随ξ增大而减小，所以，对于启、停频繁的设备，为防止设备在启动或停机过程中经过共振区域时产生过大的共振，减振器选用时应考虑阻尼大一些的。

当f/fo=2时，隔振系数η=1，振动力等值传递，此时系统无隔振效果；

当f/fo>2时，隔振系数η<1，振动力减值传递，此时系统有隔振效果。

因此，要使隔振系统有效果，必须使η<1，即必须使频率比f/fo>2。在电子设备的减振设计中一般取频率比f/fo为2.5～4.5，也就是说要获得满意的隔振效果，应该使隔振支承系统的固有频率为振动力频率的1/2.5～1/4.5。

2 车载电子设备隔振器的设计过程

2.1 设计准备阶段

在车载电子设备减振器的设计准备阶段，首先要了解车载电子设备的工作数据、车辆和隔振器三种的详细资料，知道各部分之间的组合联系，确保对所要设计的减振器的工作环境、工作状态和性能有个整体的把握。

（1）充分对车载电子设备的外形结构进行严格意義上的掌握，了解安装图纸和安装尺寸。对于车载电子设备的质量、重心和性能有个整体的了解，了解车载电子设备的支撑点的位置和数量，对于减振器的安装有个整体的布局和规划，充分了解车载电子设备的工作环境和工作状态。

（2）对电子设备的使用及工作环境有个整体的把握，了解设备的工作温度极限，对于湿度的要求、对于油污、太阳辐射的要求等等。还要掌握车载电子设备受到振动的方向、频率，实际工况、产生的位移和振幅加速度等方面的要求，知晓各个频率值的产生与传播。

（3）了解隔振器的工作环境，根据车载电子设备的大小尺寸和安装位置，确定隔振器的尺寸，确保采用科学合理的安装方式进行隔振器的安装和使用。对隔振器的静刚度和动态性能有个整体的了解与把握。比如与温度、频率、载荷等变化的关系。对隔振器的寿命包括疲劳极限等有个充分的了解，在具体的工作中，知晓车载电子设备的使用条件，并且应该设有标准的电子设备所承受的条件和等级指标。在合适的隔振系统选用合适的隔振器，对于车载电子设备的保护达到一个标准合理的范围。

2.2 设计的具体方法和步骤

在对车载电子设备隔振器的设计过程中，鉴于此系统的隔振必须综合考虑多种情况在内的状况，尤其是包括耦合振动在内的情况，所以隔振系统设计颇为复杂。车载电子设备的隔振系统，是具有六个度的隔振系统，也就是沿三个坐标轴的平移振动和绕三个坐标轴的旋转振动。通过此类振动幅度与振动信号，隔振器要进行充分的试验以满足多种情况在内的综合减振需求。endprint

2.2.1 电子设备隔振器合理支撑布局的设计

对车载电子设备隔振器的安装位置和设备的最佳支撑点进行充分的实验论证，确保设备在动静载荷状态下不会发生弯曲变形等情况，并且隔振器的布置间距不易与电子设备过大，应与车载电子设备密切接触，才能充分发挥减振器的作用，使电子设备的振动降低到最小。同时，考虑到安装减振器的支撑点的载荷如果相差比较多，那么在选择减振器的时候，就要选择同一型号不同刚度的减振器，来满足车载电子设备的减振需求。

同时，在减振器的安装方式上也要避免耦合的布置，将减振器的布置方式选择为在电子设备的重心平面。当配置分别于xoz、yoz两个惯性主轴平面对称时，那么电子设备减振系统就会沿着z轴运动，也就是耦合运动。这种情况出现的时候，可以通过改变刚度布局来实现解耦。当两支点的间距过小时，可以通过对a、c或者b、c进行减弱耦合运动，改善车载电子设备的在行驶中的稳定性。把平时电子设备的激振充分考虑到内，为获得理想的减振效果，就要在减振设计过程中采用2.5～4.5，在系统设计过程中，应远离激振频率。

2.2.2 电子设备隔振器载荷设计

在对车载电子设备选择隔振器的时候，首先要对车载电子设备的工作状态有个全面充分得了解，对于需要满足的要求进行研究论证，确保隔振器的使用能够解决车载电子设备的振动问题。其次对于隔振器的额定载荷的选择应该大于电子设备的质量。一般比例在百分之五饭百分之十之间。再次车载电子设备隔振器的布局安排应该科学合理，让隔振器的各向刚度关于设备各向质心平面对称。并且电子设备在车辆正常使用过程中，主要来自于垂直方向上的振动，所以车载电子设备隔振器的承载能力和布局安排主要来自于垂直方向的隔振与缓冲。

首先对电子设备所受的载荷要进行全面的分析，试验在最大振动下电子设备减振器所要承受的振动，并且对其工作性能进行合理分析，为减振器的载荷设计积累经验，不断让减振器在真实情况下进行试验，检查它在真实状况中的表现，使其符合实际要求，满足车载电子设备的实际需要。

3 车载电子设备隔振器设计注意事项

任何新事物都是在不断发展中解决问题从而继续发展的，电子设备隔振器也是如此。只有在不断创新的过程中，本着使用方面、安全第一的原则，不断对隔振器进行创新，提高其实用性能与安全系数。不断在隔振器领域创造属于我们的辉煌。同时隔振器的研发设计和使用还要注意以下事项。

首先隔振器对于元件的精度要求比较高，必须保证隔振器的正常使用，同时带来的技术要求和安装也是难度较大，维护起来也相对复杂。所以一定要在前期准备阶段做好准备工作，为隔振器的设计起到积极的促进作用。由于其工作的复杂性和特殊性，对其要求也比较高。所以要加强元件的质量，为隔振器的整体性能的提升和安全工作做好基础和保证。

其次在隔振器的工作状态中，对液压油的要求也比较高，尤其是当油液中混入空气或水，就会引起液压油的变质，这对于隔振器系统的性能稳定性也是一个巨大的考验，会直接影响隔振器得工作可靠性。对于提高电子设备隔振器的使用，保障车载电子设备的安全使用性能具有非常重要的意义。同时，隔振器的工作状态要求独立，不能与其他工作混淆，保证减振工作的独立性，确保隔振器的工作质量始终如一，为车载电子设备的安全使用保驾护航。

再次车载电子设备隔振器的安装设计时，考虑到与车架之间的特殊作用，要使用聚氨酯缓冲块。聚氨酯缓冲块的作用就是在电子设备隔振器与路面形成的冲击力之间形成缓冲，相当于一个辅助弹簧，能够减小路面对于车载电子设备的振动作用，使乘车的舒适性大大提升。鉴于目前隔振器的设计水平参差不齐，像橡胶件、油料等质量经常出问题，导致隔振器的工作经常出问题。无法形成保障。所以在隔振器的设计上要加强质量把控，细到每个元件都要质量过关，确保隔振器的整体工作性能有个保证和提高，减少隔振器的事故率，为隔振器的正常工作提供可靠的质量保证。

4 未来隔振器系统的发展

随着车载电子设备的越来越广泛的使用和普及，越来越多的电子设备進驻车辆的装配上车载电子设备隔振器的发展一定是向着结构设计更加优化，布局更加科学合理，使用更加安全方便，使用材料也量更加新型同时成本也会更加便宜的方向上发展。同时车载电子设备隔振器在结构方面也将会更加高效，采用可调阻尼的减振器，以用来适应在不同路况条件下，实现减振保护车载电子设备的目的。目前车载电子设备隔振器的发展阻碍主要是于整车匹配方面，无法做到整体合一的境界。尤其是车体的轮胎、发动机、变速器等都可以作为振动源，影响车载电子设备的正常运行和工作，所以鉴于情况的复杂性，隔振器的使用一定要满足复杂条件下的车辆减振需求，使车辆在使用过程中更加安全可靠，电子设备的工作不会受到外在的影响和干预，保持自身的稳定性，为提高车辆的安全驾驶系数，提高乘车的舒适性提供保障。未来在车载电子设备隔振器的研发上，会重点对于复杂条件下的隔振器的工作性能进行测试，满足人们的需求，为车载电子设备在振动很大的情况下依然能够正常工作进行减振处理，使车载电子设备隔振器的适用性得到提高，符合车载电子设备的发展趋势，为使更多的更先进的电子设备安装在车辆上提供了可能。

5 结论

通过以上研究论证，对车载电子设备减振系统进行了充分的设计说明，只有严格按照设计原则，按照设计要求和步骤，科学合理的对减振器进行设计，并用之于车载电子设备减振系统上，对车载电子设备进行减振，保护车载电子设备不受各种机械力的困扰，减少振动与共振，保障车载电子设备的使用性能与安全性能。提高车辆的行驶安全系数，提高人们乘车和驾驶的安全系数，都是具有非常现实的意义。在对车载电子设备隔振器的设计过程中，要加强试验论证，不断在新的高度上实现更高的技术含量。为实现隔振器的适用性和科学性提供坚实的保障，为车载电子设备的安全有效的使用进行充分的保护，使车载电子设备隔振器的发展提升到一个新的高度。我们只有充分对车载电子设备隔振器进行实验论证，才能获得更多的实验数据，才能掌握其中的规律，为实现车载电子设备隔振器的科学合理的使用，提高我国车载电子设备的安全可靠做出积极探索与努力。

参考文献

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作者单位

中华通信系统有限责任公司河北分公司 河北省石家庄市 050200endprint