摩托车前后悬架振动模型参数测试

2018-04-25 04:38冷传刚

小型内燃机与车辆技术 2018年1期

冷传刚

（天津大学内燃机研究所天津 300072）

引言

摩托车悬架装置，对摩托车的乘坐舒适性和行驶平稳性有着重要的影响，如果悬架装置设计不合理，会对舒适性产生极大影响[1]。而解决乘骑时整车共振，频率过高等摩托车高速行驶时的不稳定问题，前提就是要建立摩托车前后悬架振动系统的振动模型，并确定轴荷、刚度和阻尼系数等振动参数。振动模型参数是否合理，是影响乘坐舒适性的关键。轴荷可以通过测量直接得到，而刚度和阻尼系数参数却很难直接得到，比较简便的方法就是先确定悬架系统的偏频和阻尼，进而通过振动理论计算得到。偏频和阻尼是结构动力学的一个重要概念，偏频指车辆质量系统中，某一个质量振动时的部分频率。阻尼系数就是使自由振动衰减的各种摩擦和其它阻碍作用。本文通过实验方法测得了某大排量摩托车的轴荷、偏频和阻尼，并通过理论计算得到了摩托车悬架系统的各个振动模型参数。

1 测试原理

摩托车前后悬架减震器的振动模型如图1所示，该模型为一个双自由度的振动系统，其中m1，m2分别为双自由度的质量，k1，k2为双自由度的刚度，c1，c2为双自由度的阻尼。

图1 摩托车悬架振动模型

根据振动学理论，系统前后部分的固有频率分别为：

进行偏频和阻尼比的测试时，通常测量摩托车减震器上方的振动加速度，其加速度具有如下形式：

可以看出，系统做有阻尼的自由振动时，其位移和加速度的固有频率是相同的，可以通过测量加速度的固有频率确定位移的固有频率。加速度的振幅随时间逐渐衰减，图2为加速度理论衰减曲线。

图2 加速度理论衰减曲线

如果相邻两峰间的时间间隔为T，则偏频f为：

式中：T为悬架振动周期（s），阻尼比ξ为[3]：

在进行阻尼比的计算时，由于存在零线偏移，很难确定准确的峰值，故对公式（6）进行修正，将多个峰值的结果进行综合计算，修正公式如公式（7）所示。

通过以上分析可以看出，只要得到前后悬架的加速度自由衰减振动曲线，即可确定车辆的偏频和阻尼比。

2 测试流程

偏频和阻尼比的测试过程如图3所示。本次测试采用滚下法[4]使车辆悬挂系统产生自由衰减振动。测试前，将非测试端的减震器用锁紧装置锁住，如图4所示。加速度传感器置于减震器上方，将车辆测试端的车轮，沿斜坡驶上凸块，本次测试使用的凸块高度为158 mm，测试时样车挡位处于空挡，发动机处于熄火状态，将样车车轮从凸块上推下，车轮滚下时尽量保证轮胎轴线与地面平行，滚下瞬间人不扶车辆确保车辆不受任何外力。用LMS数据采集软件记录车身上自由衰减振动的时间历程，每次记录时间不小于6 s，保证衰减振动曲线完整，共记录3～5次。前后轴荷的测量通过数字指示称直接称量，保存实验结果。

图3 偏频阻尼比测试

图4 锁紧装置锁住减震器

前后轴荷的测量通过数字指示称直接称取，如图5、图6所示，记录实验结果。

图5 轴荷测试过程

图6 轴荷测试结果

3 实验结果分析

图7为采集到的某大排量摩托车前减震自由衰减过程原始数据，从图中可以看出，由于存在高频波的干扰，图中的曲线为各个频率波形的叠加，由于高频波的振动加速度信号起主导作用，从图中很难看出减震器做自由衰减振动的周期性波形，所以还需对数据进行后处理。对车身部分的振动信号进行适当频率的滤波处理，滤波后的波形如图8所示，周期性已经非常明显，读取一个或多个振动周期的时间，可以计算出前后减震器的偏频。