汽车振动问题研究分析

刘劭航

摘 要：随着社会的不断发展，制造技术的不断提高，汽车振动问题得到了明显改善。但是，对于从事汽车专业工作的人来说，汽车振动仍然是个难以忍受的大问题，它严重影响到了正常的工作效率以及个人的身心健康。本文以汽车振动问题为切入点，选取汽车振动源作为研究对象，分析汽车振动问题的主要原因，总结汽车振动问题的优化方案及改善措施。

关键词：汽车 振动问题 振源 优化改善

Abstract：With the continuous development of society and the continuous improvement of manufacturing technology， the problem of vehicle vibration has been significantly improved. However， for people engaged in automotive professional work， car vibration is still a big and unbearable problem， which seriously affects normal work efficiency and personal physical and mental health. This article takes the automobile vibration problem as the breakthrough point， selects the automobile vibration source as the research object， analyzes the main reasons of the automobile vibration problem， and summarizes the optimization plan and improvement measures of the automobile vibration problem.

Key words：automobile， vibration problem， vibration source， optimization and improvement

1 汽车振动的一般分析

在实际生产过程中，各种机械结构是非常复杂的，所以存在的振动问题也极其复杂，这给振动相关问题的研究分析带来了很大的困难。所以，需要把振动简化成为简单的力学模型来研究，这种模型就是一种典型的机械系统，它是由许多个弹性的和非弹性的质量元件所组成的系统，即弹簧质量系统。在该系统中，弹簧可以用来表示弹性的组件，它被迫伸长或者缩短时所加载的力可以用弹簧的相关关系表示出来。在汽车的振动研究过程中，可以把它的机身、前桥和后桥当做质量，同时弹性部分用轮胎来表示，将振动传播过程中的各种减振设计当成弹簧阻尼，这样就组合成了一个可进行系统研究的机械系统。

在构建机械系统的条件下，对于汽车振动问题，一般可以用试验分析或者理论研究的方式来进行，它们从不同的角度对汽车振动问题进行研究分析，从而达到解决问题的目的。如果采用接近实际的试验分析的方法来研究，就要使用各种仪器设备对具体的汽车进行各种性能参数的测试工作，用测定的数据进行研究分析从而获得汽车的固有特性和规律;如果展开理论研究的话，就需要对各种情况进行力学分析，从而建立相关的力学和数学模型来进行研究，并且通过计算机系统进行各种数学运算来获取相对应的研究成果。从两种研究方法来看，它们都有各自的长处和不足，但却具有很好的互补性，一个注重理论研究，一个偏于实践操作，两者相结合能够更好的解决存在于汽车振动中的各种难题。

2 汽车振动的振源分析

2.1 汽车行进中的振动分析

如果把汽车当作一个完整的系统来研究的话，它本身就像是一个由弹簧、质量元件和阻尼所组成的振动系统。对于这样一个系统，由于它是由各种各样的零部件所组成的，而且它们的固有频率不相同，所以共振现象无法避免，会导致汽车不同程度的振动。汽车在行进的过程中，会经过各种不同的路面、会不断地增速减速甚至改变行进方向，从而导致汽车整体的不间断振动。与此同时，汽车各个组成部件之间的接触面上，不可避免地也会产生间隙振动，有时候相互之间冲击剧烈，振动更加明显易见。

汽车在行进过程中的振动无法避免，由于它的存在导致了汽车动力输出的损耗，而且严重影响了驾驶员的安全驾驶。汽车在行进过程中，路面是否平整、凹凸程度对汽车的振动有特别大的影响，是汽车产生振动的主要原因之一。再者，汽车行进速度的快慢也决定了振动的大小，速度越快，振动越严重;反之，速度越慢，振動越小。

2.2 汽车怠速时的振动分析

汽车在怠速状态时，发动机没有动力输出即处于空转状态，汽车的振动和路面行驶已经没有了相互关联。在这种情况下，汽车的振动主要来源于发动机有规律的不间断振动。在发动机振动的带动下，汽车各个部分之间的相互冲击又进一步加剧了汽车整体的振动，同时，汽车的排气筒排气时、风扇转动时都会产生振动来共同作用于汽车整体的振动。

与汽车行进时相比，怠速状态时振动要小很多，对汽车的影响相对较小。从整体来看，发动机的振动是导致汽车怠速时机体振动的主要原因，如果没有发动机的存在，其他的各振动单元对汽车的影响也就无从谈起了。

2.3 汽车关键部件的振动分析

汽车作为一个独立的工作系统，它是由各种各样的零部件所组成的，在汽车振动的同时各个零部件也在不停的振动，在这些零部件的振动中有一些振动对汽车的整体振动有着很大的影响作用，这些关键部件的振动如下：

（1）发动机的振动。在汽车正常行驶的过程中，发动机也在正常运行，由于它的气缸内气体压力处在不平衡状态导致曲轴等部件的不平衡运动，从而引起整个发动机的振动。如图1所示，它是一款典型的柴油发动机，在它的内部存在着气缸以及曲轴装置，其中曲轴运动是发动机振动的主要原因。发动机的不间断振动会引起汽车的整体振动，从而导致汽车上各种零部件的振动，严重影响了汽车的正常工作。由于汽车各部分间是刚性连接，所以发动机的振动会通过车架而影响到驾驶员，使其产生身体疲劳、神经麻木、反应迟钝等症状，从而影响到汽车的安全驾驶，所以要安装隔离减振装置来保证汽车的安全驾驶。

（2）传动轴的振动。传动轴位于车身的底部，是由中间支撑固定的，它可以补偿汽车行驶过程中由于振动引起的相对位移的变化，从而保证传动轴的正常工作。传动轴一端与发动机连接，另一端与行走系统相连接，发动机的曲轴转动过程中产生的振动会传递到传动轴上，使传动轴不断的振动并引起固定装置的振动。当传动轴的振动频率达到固定装置的固有频率时，还能够引起共振从而加剧它的振动。

（3）风扇的振动。汽车在行驶过程中，发动机内燃料的燃烧会产生大量的热量，高温条件下，汽车各零部件就会产生变形甚至影响发动机的功率输出。为此，在发动机前端安装了风扇来散热以确保发动机的正常工作。风扇在运行中，由于叶片的磨损、转轴间隙的增大，导致转动的不平衡性，使风扇会有较大的振动，并且转速越快时所产生的振动就会越大。由于汽车机体大部分是刚性连接，所以也会导致整车的振动。

（4）制动系统的振动。汽车在正常停车过程中，就会使用制动系统来刹车。由于制动过程中，汽车存在着惯性作用而继续向前运动，导致轮胎与地面之间形成很大的摩擦力，汽车整体就会有向前倾斜的趋势，导致汽车的前后桥之间严重的受力不均衡，从而引起汽车严重的振动。

3 汽车振动的改善措施

对于汽车振动问题，可以从振动源头和传播途径入手。振动源头一般都是汽车的工作振动，可以研究最佳的工作动力从而降低振动的强度;从传播途径来看，可以对振动源头进行隔离处理或者在传播过程中设置多重阻尼来降低振动的影响。总体上看，汽车振动的改善措施主要有：减弱或者消除振动源的振动，避免共振，降低振动的传递效率，限制接触振动的时间，也可以对单个个体进行防护。

（1）在生产制造阶段，通过改良生产工艺，尽量减少会产生振动的生产工艺过程，如发动机、风扇、传动系统等等。如果提高了制造技术，各个零部件之间的配合就会更加的紧密，间隙减小或消除了，振动就会相应的降低。

（2）避免共振。汽車振动过程中，当振动频率无限接近或者等于所对应的设备本身所具有的固有频率时，振动就会急剧增加，远超于平均的振动强度。所以，要尽量的预防共振的产生。

（3）降低振动的传递效率。在振源和驾驶员之间存在着一段传递路径，控制了传递路径就可以间接减小振动的影响。比如，改善汽车座椅的减震设计，对汽车各部分尽量使用弹性连接，加装弹簧、海绵垫等减震设备，尽可能的阻断和隔离振动，提高减振效果，改善驾驶员的工作环境。

（4）振动对驾驶员的危害特别大，长时间的处于振动的环境之中，驾驶员就会出现疲劳甚至恶心呕吐的症状。因此，要合理调节驾驶员的工作时间，避免驾驶员长时间的处在高强度的振动环境之中，影响工作效率甚至危及生命的安全。

（5）如果避免不了振动的工作环境，那么就要对自己做好防护措施。譬如，在工作期间佩戴减振手套，在座椅上加装海绵坐垫，方向盘上加装防护套等，通过这些防护措施来保障自己的身心健康。

4 总结

汽车振动问题是整车开发中一个重要组成部分，本文通过对振动源进行研究分析，从而找到汽车上各个区域振动强度的大小以及随着发动机转速和汽车速度的变化而变化的一般规律。利用这些振动规律，我们就可以针对这些振动特性来采取相应的措施以便能够减小振动对整车性能的影响，从而提高整车性能的开发水平。