某牵引车驾驶室异常振动及其改进试验研究

时培伟，郭彬，袁帅，亓宗磊，赵宏阳

(潍柴动力股份有限公司，山东潍坊 261061)

0 引言

随着社会的进步、科学技术的发展，人们对牵引车平顺性提出了更高的要求。而在车辆设计中，偏频是影响车辆平顺性能的重要参数，设计合理的前后悬架偏频值，对于提高悬架性能、保证车辆行驶平顺性、乘坐舒适性、操纵稳定性和路面友好性至关重要。

由于重型牵引车工作条件恶劣，行驶工况复杂多样，且车辆长期处于满载、冲击载荷工况下工作，座椅部位的振动冲击比客车高出9～16倍[1]；同时，由驾驶室产生的低频振动冲击，不但导致驾驶员易产生疲劳感觉、影响工作效率，而且还容易导致脊椎畸形、胃病等职业病，严重损害驾驶员的身心健康[2-3]。

文中以某主机厂新配套牵引车为研究对象，基于振动测试、频谱分析以及偏频试验，对以65 km/h行驶时驾驶室异常振动现象进行了研究，确定为轮胎滚动激励频率与悬架偏频耦合引起。通过优化后车桥悬置系统、后桥速比，改变悬架偏频避免共振，由此消除了驾驶室异常振动现象，改善了车内乘坐舒适性。研究成果为解决牵引车驾驶室行驶异常振动现象提供了可借鉴方法。

1 驾驶室异常振动与分析

1.1 驾驶室异常振动现象

某主机厂新配套牵引车(见图1)，不同挡位下，当车速达到65 km/h时，驾驶室出现异常振动，振动明显增大，驾驶舒适性降低，驾驶员主观感觉无法接受。

图1 某牵引车照片

为消除牵引车行驶时驾驶室异常振动现象，提高乘坐舒适度，需要确定振动源位置并对振源、振动传播路径进行优化。

1.2 振源识别

文中根据频谱分析法来确定振源、振动频率。

振动测点：驾驶员座椅、驾驶室、前后桥、一二传动轴、车架等。

试验工况：定置情况下，对牵引车悬置、驾驶室进行怠速、熄火、从怠速缓慢上升到最高空车转速，3种工况下的振动试验；变速箱10、11、12挡匀速、匀加速传动路径振动试验，如图2、图3所示。

图2 驾驶室振动测点

图3 传动路径振动测点

图4为匀速行驶工况下，座椅导轨在不同车速的振动频谱图。

图4 座椅导轨不同车速频谱图

由图4可知， 以65 km/h匀速工况，座椅5.57 Hz存在振动异常，振动最大，与其他匀速工况对比，确定5.57 Hz为故障引发频率。

一般能够导致牵引车异常振动的诱因，包括车轮不平衡质量引起的激励、传动轴和后桥的周期性激励以及前后悬架固有频率与车架、驾驶室悬置系统固有频率接近等。

图5和图6分别为12和11挡后二桥与座椅振动频谱图，整车配置参数见表1。由图和表可知，各挡匀加速工况下，11挡存在0.2阶次较大激励，12挡存在0.26阶次较大激励，经阶次计算，均为轮胎激励轴频，且激励频率均为5.57 Hz，此频率与驾驶室座椅导轨异常频率耦合。

图5 12挡后二桥与座椅振动频谱图

图6 11挡后二桥与座椅振动频谱图

表1 整车配置参数

图7为65 km/h座椅导轨、后桥振动频谱图，图8为65 km/h振动传递频谱。由图可知，当整车在12挡、65 km/h工况下匀速行驶时，后二桥处振动烈度为127 mm/s，后一桥处为99 mm/s，二轴尾端为77 mm/s，一轴尾端为54 mm/s，座椅处为27 mm/s，依次减小，由此初步判断：驾驶室振动大源自轮胎动不平衡激励和后桥簧下频率共振引起，推测共振频率为5.57 Hz(65 km/h)，因此需要完成悬挂系统偏频试验来进一步验证推测结论。

图7 65 km/h座椅导轨、后桥振动频谱图

图8 65 km/h振动传递频谱图

1.3 悬挂系统偏频试验

牵引车悬挂系统偏频试验测点如图9、图10所示，选取簧上一侧点、簧下两测点。

图9 悬挂系统偏频试验

图10 悬挂系统偏频试验测点

图11为悬挂系统偏频试验振动测点的振动曲线图。

图11 簧上下质量偏频数据试验

如图11所示，根据振动周期计算获得悬挂偏频=3/(34.78-34.25)=5.66 Hz。

通过以上分析可以确定，后桥悬挂系统偏频为5.66 Hz，与共振频率基本一致。整车65 km/h时驾驶室抖动原因为：后桥轮胎滚动阶次激励频率与非簧载质量偏频频率发生耦合，造成共振，振动通过车架传递到驾驶室，引发异常振动故障产生。

2 改进措施

悬架偏频及刚度计算公式如式(1)所示[4-5]：

(1)

式中：f为悬架偏频，Hz；c为板簧刚度，mm/N；m为簧载质量，kg。

根据式(1)可知，要想避开共振频率，需改变板簧刚度或簧载质量，因此改进措施主要为：

(1)整车无货箱，在安装货箱增加质量后，降低偏频，效果简单最好。

(2)降低后桥板簧刚度，降低偏频。

(3)降低轮胎动不平衡量，降低轮胎转频激励，但此方法可操作性差。

(4)降低后桥速比，提高轮胎转频阶次，共振车速降低，轮胎转频激励降低，驾驶室抖动降低。

在此次故障中，通过降低后桥速比来消除驾驶室异常振动。

通过路试试验，对牵引车的改进措施是有效的，驾驶员主管感觉良好，驾驶舒适性、行驶平顺性均大大提高。

3 结束语

文中针对某主机厂配套牵引车所出现以65 km/h行驶时驾驶室异常振动现象进行了研究，利用西门子公司的LMS.Testlab模块，对牵引车进行NVH试验、偏频试验，经对测试数据的频谱分析，确定了驾驶振动为轮胎滚动激励频率与悬架偏频耦合引起。通过优化悬置系统、后桥速比，改变了悬架偏频避免共振，为消除驾驶室异常振动现象提供了可借鉴的思路。