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引言
由于振动问题往往涉及车辆多个系统的可能性，解决起来需要多方面的知识和专业技能，而且需要一定的时间和成本，国内目前对卡车的承载要求又往往较高，致使弹簧刚度很大，设计开发中固然进行了诸多考虑，但问题仍会常常暴露。当车辆出现较大的共振峰时，乘坐舒适性将会大大降低，成为车辆的突出问题，必须解决。某新开发的重型自卸车正是在样车试验过程中发现存在较大的抖动现象，必须查明原因并进行改进。然而汽车行驶时，由路面不平以及发动机、传动系和车轮等旋转部件作为主要激励源通过弹簧、阻尼原件形成了复杂的弹簧、质量系统，使得车辆振动的影响因素众多，解决问题的第一步就是必须从众多的影响因素中寻找最可能的因素，排除不可能的因素。
1 车辆振动问题的试验分析
为了寻找可能的因素，首先对存在问题的车辆进行主观评价，为了尽量减小路面激励的影响，试验在平直、光滑的路面上进行，利用车辆各档位从怠速缓加速至额定转速，感受每个状态下车辆的振动，通过试验发现在50km/h～60 km/h时车辆振动较大，尤其在55km/h时抖动较严重，而这种抖动只与车速有关，且是低频的垂向振动，与档位的选择无关，换句话说与发动机的转速无关。这就排除了发动机、传动系等的高频激励，而轮胎等的旋转激励和动力总成、簧下质量、簧上质量及驾驶室等的刚体模态成为可能的因素。
基于上述的可能因素，在车辆的悬挂系统上下、驾驶室（驾驶室为全浮式结构）隔振系统上下、动力总成悬置位置上下及座椅导轨等位置布置了加速度传感器，用车辆的最高档在平直的路面上由怠速缓加速至额定转速，同时对该档位下50 km/h、55 km/h、60 km/h匀速进行了测试，测试结果如图1、图2。从图1可见，在4.5Hz存在较大的振动峰值，而4～8Hz之间是人体敏感区域，不应该存在如此大的振动峰值。从图2中50km/h～60 km/h（对应转速约1450r/min～1600 r/min）的对应位置看，在4.5Hz附近确实存在较严重的振动问题，可以确定4.5Hz附近的振动是人体感觉不适的主要原因。同时从图2中可见，4.5Hz附近振动大是由于4.5Hz附近存在的固有频率放大了簧下的一阶激励所致。 
图1 车辆以55km/h匀速行驶时座椅导轨位置的振动频谱
图2 车辆以最高档位缓加速行驶时座椅导轨位置的振动谱阵
确定了问题的成因之后，寻找4.5Hz的固有频率成为问题的关键，为了能够激起车辆各位置固有频率的振动，让车辆在较坏的路面上行驶，测试各主要位置的振动，分别从各桥上测点的振动谱阵看，前簧下质量的固有频率在14Hz附近，后簧下质量的固有频率在10Hz附近，由于受其它因素的影响太大，动力总成的刚体模态不容易确定，要准确确定动力总成的刚体模态需进行纯模态试验，但因为考虑到该车的动力总成悬置刚度较大，在4.5Hz附近存在刚体模态的可能性不大，同时CAE的分析结果也认为没有动力总成该频率附近的刚体模态，鉴于这些因素，可排除动力总成刚体模态的可能性。从图3车架前后位置的振动谱阵看，问题主要是由车架后部的振动引起，且车架后部的振动谱阵显示只有4.5Hz附近的一个固有频率，而在该位置的振动谱阵中必定存在由后部簧上质量产生的后偏频的振动，故可以推测4.5Hz的固有频率就是后部簧上质量产生的后偏频，从车架前面的振动谱阵看主要存在两个固有频率2.8Hz和4.5Hz，既确定了4.5Hz为后偏频，那同样的理由2.8Hz的振动即是由前部簧上质量产生的前偏频的振动。（可以通过在车架上布置较多的测点，利用LMS公司的OMA分析确定该结论）。受试验条件限制，驾驶室的刚体模态未能测出，但从驾驶室减振系统上下的振动频谱看，在4.5Hz附近驾驶室上的振动略大于车架侧的振动。综合各因素后认为，后偏频的振动放大了簧下一阶激励，同时驾驶室的减振系统也在一定程度上放大了该频率下振动的幅值。
图3 上图为前桥对应车架位置的振动谱阵，下图为后桥对应车架位置的振动谱阵
2 整改措施和效果
基于上面的分析，同时考虑到必须保证该车足够的承载能力，故使偏频发生大的偏移是不可能的，同时由于该车中后桥位置无法安装减振器，使得问题的解决困难许多。为了在一定程度上降低该频率下的振动，提出了一些改进措施进行验证：首先在中后桥的加工、装配精度和轮毂、制动鼓及轮胎总成的动态不平衡量方面进行了限制，目的是尽量降低簧下一阶激励的幅值；其次是优化前后悬挂系统的匹配，尽量减小后偏频对激励的敏感性，同时应注意保证合理的操纵稳定性；再者优化驾驶室减振系统的匹配，尽量增大该系统对4.5Hz频率附近振动的衰减量。经过多次验证，最终确定对中后桥的加工、装配精度和轮毂、制动鼓及轮胎总成的动态不平衡量进行了更严格的限制，前簧刚度增加了15％，同时将前减振器阻尼增加1倍，将驾驶室弹簧刚度降低了50％，整改之后测试的结果如图4、图5，从中可以看到4.5Hz附近的振动已大幅减小，14Hz附近的前簧下质量的振动有所增加，但因频率稍高，幅值也不是很大，故对问题的解决影响不大，主观感受的结果也证实了这一结论，原车存在的抖动问题已不存在，车辆的振动已可以接受。
图4 整改后车辆以最高档位缓加速行驶时座椅导轨位置的振动谱阵
图5 整改前后车辆以55km/h匀速行驶时座椅导轨位置的振动频谱
3 结束语
虽说目前国内对重型汽车的振动要求并不太高，不过一旦出现较严重的抖动问题时仍必须解决。本文正是通过试验的方法，解决了某重型自卸车的抖动问题。但由于客观条件的限制，对驾驶室的刚体模态未进行深入的测试分析，同时由于车辆已基本定型，不可能进行大的改动，又受承载的要求，弹簧刚度不能有大的变化等等条件的约束，制约了许多可能更有效的措施的验证。在条件许可的情况下可拓展到驾驶室的刚体模态，簧上质量的分配及板簧长度对偏频振动的影响。
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