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某能源装备车辆驾驶室抖动测试分析与研究 邵威，黄志亮，臧献国 （三一集团有限公司 研究总院，长沙 410100） 摘 要：某能源装备车辆驾驶室在工作的时候存在剧烈的抖动现象，严重影响了其乘坐舒适性和可靠性。本文基于LMS Test.lab声振试验系统对驾驶室抖动原因进行了深入分析。研究发现该车柱塞泵工作频率激起了车架的共振而导致驾驶室的抖动；另外，柱塞的工作顺序对柱塞泵一阶力矩幅值有显著影响。最后，对柱塞泵的工作顺序进行了优化和试验验证，结果表明提出的改进方案很好地解决了驾驶室抖动问题，验证了改进措施的有效性。 关键词：能源装备车辆；驾驶室；模态试验；柱塞泵；抖动 中图分类号：TB535 文献标识码：A 某能源装备车辆驾驶室在特性转速下存在剧烈的抖动现象，而驾驶室抖动是车辆在低频区的异常振动现象，抖动时肉眼可看到驾驶室的明显晃动，严重影响车辆的乘坐舒适性和可靠性。仿真分析、试验测试、振动理论等是研究驾驶室抖动问题原因的有效手段，根据抖动原因采用降低振源激励、优化驾驶室隔振效果、加强驾驶室结构、增加驾驶室系统阻尼等是解决驾驶室抖动的有效措施[1-5]。 本文基于LMS Test.lab声振试验系统，对整车进行了振动测试，识别出振源来源于柱塞泵一阶激励；并结合模态试验测试与分析识别出柱塞泵工作频率与车架系统固有频率接近，车架系统共振引起驾驶室抖动。另外，对柱塞泵一阶激励成分进行机理分析，发现柱塞泵各柱塞的工作顺序对柱塞泵一阶力矩有显著影响，通过改变各柱塞的工作顺序后显著降低了柱塞泵一阶激励，试验结果表明提出的方案很好地解决了驾驶室抖动问题，验证了改进措施的有效性。 1 驾驶室振动测试与分析 该能源装备车辆主要底盘系统与上装系统组成，两套系统相互独立，有独立的发动机、变速箱。底盘系统为汽车通用底盘，实现车辆行驶功能，运输上装系统到工作位置。上装系统包括发动机、变速箱、卧式柱塞泵、液压管道等，实现特定的功能。该车行驶时，上装系统不工作。而该车上装系统工作时，底盘发动机关闭，车辆处于定置工作状态。车辆定置工作时，变速箱挂高档位下，发动机升速过程中，驾驶室、车架、上装系统有明显抖动。该车定置工作时，主要激励源为发动机、变速箱、传动系统、柱塞泵、液压系统等。 为了分析驾驶室、车架等抖动的原因，对整车进行振动测试分析。在驾驶室、车架、上装发动机悬置、柱塞泵等关键位置布置加速度传感器，驾驶室测点如图1所示。整车坐标系定义如下：整车向前为+X方向向，向左为+Y方向，垂直向上为+Z方向。柱塞泵曲轴轴线方向为X轴，柱塞往复运动方向为Y轴，曲轴绕X方向旋转。 车辆定置工作状态下，变速箱依次从1档到7档进行挂档，发动机从怠速匀加速到额定转速，在1档和2档缓慢加速过程中肉眼基本看不到驾驶室抖动，而在3档到7档缓慢加速过程中肉眼可明显看到驾驶室抖动，每个档位驾驶室抖动时对应的发动机转速不一致；其中6档工况下，驾驶室Y方向加速度均方根值随柱塞泵转速变化的曲线，如图2所示。从图2可以看出，6档加速工况下柱塞泵转速为120rpm和160rpm时驾驶室振动幅值最大，同时主观感觉该转速下驾驶室抖动最明显。 为进一步确定振源与响应特征，对驾驶室Y方向加速度的频率-柱塞泵转速三维瀑布图进行分析，图3为6档加速工况驾驶室Y方向加速度瀑布图。从图3可知看出：柱塞泵1阶激励对驾驶室抖动起到主要影响作用，是引起抖动的主要激励。 为了更直观分析柱塞泵1阶激励对驾驶室振动的影响以及抖动频率，提取部分档位下驾驶室Y向振动关于柱塞泵1阶阶次图。从图4可知看出：当柱塞泵转速在120rpm、160rpm、290rpm时驾驶室抖动严重，对应的抖动频率分别为2.0Hz，2.7Hz、4.8Hz。1档和2档柱塞泵1阶工作频率在2Hz以下，故未引起驾驶室抖动，而3-7档柱塞泵1阶工作频率范围1~5Hz内，当柱塞泵1阶激励频率与驾驶室系统固有频率吻合，引起驾驶室抖动。 图1 驾驶室测点位置 图2 6档加速工况驾驶室Y向加速度均方根值 图3 6档加速工况驾驶室Y向加速度瀑布图 图4 部分档位下柱塞泵1阶激励的驾驶室Y向加速度 2 试验模态测试与分析 为了识别整车共振系统，采用比利时LMS Test.lab声振试验系统对实车状态下的车架进行试验模态测试。根据测试要求在车架上共布置26个测点，通过锤击法测试车架系统测点加速度响应，并提取系统的模态参数。实车状态下柱塞泵1阶工作频率范围的车架系统共有三阶模态，固有频率与模态振型如图5所示，车架模态振型以横向振动为主，固有频率分别为1.98Hz、3.14Hz和5.56Hz，其与驾驶室抖动频率2.0Hz，2.7Hz、4.8Hz基本吻合，驾驶室抖动主要是由于车架系统固有频率位于柱塞泵1阶频率范围内，车架系统结构共振引起的。 (a