汽车悬架振动试验台垂向主振动的有效性研究

成海阔

摘要：随着社会经济的持续发展，汽车行业得到不断的发展和壮大，人们对汽车性能方面又提出了新的要求。从汽车整体性能方面来看，悬架性能属于其中十分重要的组成部分，对汽车主动安全性与稳定性起到关键作用。由于悬架振动试验台垂向主振动的有效性将对试验台的激振效果产生决定性作用，因此本文通过实验探究的方式，对垂向主振动的有效性进行分析。

关键词：汽车悬架振动；主振动；有效性

引言：

汽车悬架振动对主振动有效性具有决定性作用，其主要参数为车辆吸收率、特征频率、车轮吸收率等。当采用人工方式对悬架装置进行检测时，由于存在主观因素干扰，因此检测结果可能会存在误差。现阶段，大部分汽车企业均采用悬架振动试验台的方式，通过实验的方式获取到主振动频率、波形、振幅等参数，以此来测试汽车的悬架性能。

1.激振实验测试点的选择

在本文的研究中，主要的研究对象为某公司制造的ACXX-160试验台，该试验台属于偏心轮—平台系统，该系统屬于激振的关键位置。车轮支撑板与前后梁、左右梁之间相连，形成一个四方形的框架，进而形成平台，在偏心轮的上面放置一个弹簧，并且将其以适度的力压紧在平台中，偏心轮所处位置在两个支点的两侧。由于受到交流电机的拖动影响，电机转动的速度为1400r/min。在偏心轮旋转的过程中，偏心轮与平台之间产生较大的摩擦，进而使平台发挥作用，对车轮产生一些激振反映。在平台的前、后、左、右梁的垂向方面，利用磁座连接的方式对传感器与压电式进行加速，获得四个测点在三个方向上进行振动，方向分别为纵向、垂向、横向等。通过对平台的单频性垂向振动进行考察，在平台的四周一致性进行振动，并且将垂向与横向的振动进行对比，获取其主导性，并且获取ACXX-160试验台的主振动有效性[1]。

2.试验台激振实验分析

电机的转速通常为1400r/min，采样的频率为60Hz，时间序列方面的长度为1024点，采用F-5103型数据采集器，在偏心轮与平台相接触的过程中产生了摩擦，在对平台进行测试的过程中，主要有四个测点，三个方向加速度的信号。对测点的振动加速度功率密度与信号进行测试。

2.1电动轮的垂向振动负效应

2.1.1垂向振动负效应

按照电动车的实际参数可知，选择滤波白噪声作为路面输入模型，即：

按照相关参数，建立仿真模型，对车身加速度、悬架动挠度以及动载荷之间的关系进行分析，并且得出最终的仿真结果，非簧载质量提升对车身振动方面能够起到十分重要的促进作用，并且非簧载质量的提升对于动挠度均方根来说也产生了十分重要的影响。在其质量提升的过程中，对动载荷均方根方面也会产生较大的影响。由于动载荷数值的增加，将对车轮的转弯性能、横向稳定性之间产生较大的影响，从而对整个车辆的安全性产生的影响。

2.1.2车速对垂向振动负效应的影响

在对电动车的车速进行控制的过程中，最好将其保持在10-50km h-1，并且对车速对车身振动、动载荷等方面的研究中能够得出：在车速不断增加的情况下，车身的振动加速度方根数值、悬架动挠度数值、动载荷数值等都在一定程度上有所提升。为了去除车速产生的不利影响，对垂向振动负效应进行研究的过程中，可以采用限制车速范围的方式来实现[2]。

2.2主动悬架控制效果分析

2.2.1被动悬架阻尼比

从汽车的整体来看，悬架阻尼比特征将对整个车的稳定性、平顺性产生直接影响，如若该车处于常用的车速范围内，对于不同车速工况来说在概率方面均相同，则该车的阻尼比将由车身振动加速度方根、悬架动挠度方根、动载荷方根等进行确定，进而根据上述数值绘制出图形曲线，并且对每条曲线内部的积分最小值所对应的阻尼比进行计算，根据各项指标得出最佳阻尼比，然后采用不同的阻尼比系数进行积分计算，绘制出关系曲线。经过相关实验研究后得出，最佳阻尼比的数值为0.15，车轮动载荷中的最佳阻尼比为0.32，由此可以得出该车中的最佳阻尼比范围在0.15-0.32之间。在实际设计的过程中，由于受到扁平式空间的限制，需要将悬架动挠度融入其中，要想使整个车辆的安全性得到显著提升，则需要根据最小原则对阻尼比进行选取，即0.294。

2.2.2悬架随机线性控制

在加权系数的选择方面，能够对设计者的悬架性能起到决定性作用，并且对悬架的随机线性进行控制和分析，主要变化体现在加权系数的变化方面，将对悬架动挠度产生较大影响。而轮胎的动载荷加权系数将会对整个车辆的加速度与动载荷之间产生较大联系，并且二者在参数要求方面存在一定的对立关系。在常规电动车方面，车身加速度为0.8ms-2，车轮的动载荷为266.2N，悬架的动挠度为0.004123m，只有满足上述要求，则能够将电机所引起的车轮动载过大问题得到切实良好的解决，对悬架随机线性进行有效的控制。

3.激振实验结果分析

3.1前后梁的振动一致性

通过上述测试结果能够看出，在30Hz频率的区间中，平台的前后梁之间在垂向振动功率方面存在较大的相同之处，主要具备以下几个方面性质：一是在激振的过程中，存在较强的窄带随机特性，重点体现在偏心轮的转动速度方面，在特征频率方面为23Hz；二是单纯的处于23Hz时，具有突出激振的功率，除了上述内容以外，在其他频段内均不存在激振功率，这将充分表明，在激振的过程中具有单纯性；三是在平台的前后梁中的激振频率具有一致性特征，在数值方面主要为偏心轮转速度的特征；四是在23Hz频率的位置时，平台的前后梁垂向方面有较为显著的特征，主要体现在500g2/Hz，二者之间的偏差在于9%，并且在功率谱中具有十分密切的数值。因此，当处于匀速激振的过程中，平台在垂向方面的振动显示成较为明显的单频性，在平台的前后梁中，在垂向振动方面具有十分显著的一致性特征[3]。

3.2垂向振动强度的主导性

在22-24Hz激振频率范围之内，将两组实验数据进行对比后能够看出，功率谱的密度分布方面存在较大的区别，进而需要对平台中垂向振动与横向振动的密度情况进行对比分析。在对两次实验结果进行对比的过程中，22-24Hz激振频率范围内的分布情况如下所示：平台垂向振动中分布状况为集中，且特征谱值为550g2/Hz；平台横向振动中分布状况为分散，且特征谱值为100g2/Hz；平台纵向振动中分布状况为分散，且特征谱值为130g2/Hz；由此可见，在22-24Hz激振频率范围内，对特征谱值进行衡量以后，平台垂向振动强度与横向相比来看，在强度上为5.50倍，与纵向相比来看，在强度上为4.23倍，由此可见，垂向振动与横向和纵向相比来看具有十分显著的优势。

结论：

由于ACXX-160汽车的应用较为广泛，因此本文将其作为研究对象，对汽车悬架振动试验台进行研究，通过本次调查研究可知，在匀速激振的过程中，首先需要对振动信号进行分析，使其具有十分良好的单频性特征，并且在平台前后垂向进行实验，结果得出其具有良好的一致性，并且对于平台的垂向、横向、纵向振动之间具有较强的主导性，由此可见，试验台中的垂向主振动与其他两种相比来看在有效性方面更具优势。

参考文献：

[1]钟银辉，李以农，杨超，等. 基于主动悬架控制轮边驱动电动车垂向振动研究[J]. 振动与冲击，2017，36（11）：242-247.

[2]夏存良，宁国宝. 轮边驱动电动车大质量电动轮垂向振动负效应主动控制[J]. 中国工程机械学报，2016，4（1）：31-34.

[3]张铁良. 基于虚拟样机的轨道车辆垂向/横向振动主动控制技术研究[D]. 大连交通大学，2015.