電液伺服減振器道路試驗(yàn)研究

電液伺服減振器道路試驗(yàn)研究

圖1顯示了雙筒減速器的結(jié)構(gòu)示意圖。在車輛中廣泛使用的雙筒減速器的結(jié)構(gòu)決定了在恢復(fù)和壓縮周期的過程中會(huì)產(chǎn)生影響和噪聲。嚴(yán)重的振動(dòng)和噪聲（通常稱為振動(dòng)異響器）會(huì)影響減速器的性能，嚴(yán)重影響車輛的質(zhì)量和乘客的坐力。另一方面，雙向減速器的異響表示，在零件的質(zhì)量、安裝和加工精度上存在問題和缺陷，這將影響減速器性能的發(fā)揮和使用壽命。另一方面，減振器的異響是一種令人擔(dān)憂的噪聲，尤其是隨著車輛噪聲的降低和車輛質(zhì)量的提高，與車輛其他部分的噪聲相比，減少振動(dòng)裝置的異聲干擾不容忽視。嚴(yán)重影響了裝載車的質(zhì)量。因此，減少振動(dòng)裝置的異響問題越來越受到重視。1振動(dòng)器異響研究1.1減振器異常噪聲檢測方法和應(yīng)用中存在的問題由于減振器異常噪聲問題的復(fù)雜性,某一個(gè)減振器是否存在異常噪聲,常常因人而異,判斷模糊.因此,對(duì)減振器異常噪聲的檢測和鑒別具有現(xiàn)實(shí)意義.目前,進(jìn)行減振器異常噪聲的試驗(yàn)方法分為減振器裝車后的整車試驗(yàn)(包括臺(tái)架試驗(yàn)和道路試驗(yàn)兩種)和減振器單體臺(tái)架試驗(yàn)兩種.在試驗(yàn)中,對(duì)減振器一端施加一定的激勵(lì),測得減振器的阻尼力、加速度和振動(dòng)噪聲信號(hào),并使用一些適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理方法對(duì)減振器異響進(jìn)行檢測、判別.但是在選用何種數(shù)據(jù)處理方法以規(guī)范異響檢測方法方面,仍然存在很大分歧和欠缺.1.2異常噪聲異常噪聲國內(nèi)學(xué)者提到的結(jié)構(gòu)異響和國外研究者提出的機(jī)械噪聲都與減振器活塞桿處的振動(dòng)有關(guān).而國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于減振器的異常噪聲分類也具有相似性,分為流體流動(dòng)噪聲(節(jié)流異響)、結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲(共振異響)和其它異常噪聲(摩擦撞擊異響和氣體異響).其中:其它異常噪聲屬于減振器制造、加工或裝配上的質(zhì)量問題,合格的減振器應(yīng)該不會(huì)出現(xiàn)這種噪聲;流體流動(dòng)噪聲主要來源于減振器工作液通過閥體的流動(dòng)效應(yīng)以及油液氣穴的存在;對(duì)產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行研究主要是針對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲,即通過檢測減振器活塞桿輸入車身的波動(dòng)力并進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理來研究異響產(chǎn)生機(jī)理.1.3減振器出現(xiàn)變序文獻(xiàn)中提到抑制共振異響的方法.抑制共振異響有2種方法:切斷共振傳遞鏈和抑制共振源.其中抑制共振源有2條可遵循技術(shù)路線:1)減小或杜絕減振器各種畸變,如減小或杜絕減振器泡沫化空程;2)微調(diào)減振器阻尼.可以利用降低充氣壓力的方法降低油液的黏性吸附作用,進(jìn)而控制減振器噪聲.但是,降低充氣壓力會(huì)影響阻尼力特性和加劇氣穴現(xiàn)象.在充氣壓力為0.55MPa的條件下,減小閥座面積和增加閥座表面粗糙度也可以顯著降低油液黏性吸附作用,同時(shí)可以降低減振器異響.2定量評(píng)價(jià)試驗(yàn)減振器傳遞型異響主要是在復(fù)原、壓縮循環(huán)工作過程中,由減振器內(nèi)部產(chǎn)生的對(duì)活塞的沖擊振動(dòng)引起的,因而只要檢測到其活塞桿頭部的振動(dòng)大小就能檢測出減振器噪聲,即可完成定量評(píng)價(jià).針對(duì)出現(xiàn)噪聲的某減振器,收集3支正常件和3支異響件,分別編號(hào)Z1,Z2,Z3以及Y1,Y2,Y3.首先介紹進(jìn)行減振器臺(tái)架試驗(yàn)的設(shè)備組成和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的軟硬件選取,然后進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn),并對(duì)試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析.2.1試驗(yàn)測試系統(tǒng)及設(shè)備減振器臺(tái)架試驗(yàn)系統(tǒng)包括電液伺服減振器道路模擬系統(tǒng)(含有控制系統(tǒng)、減振器試驗(yàn)臺(tái),如圖2所示)和微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)(包括B+S數(shù)據(jù)采集處理微機(jī)系統(tǒng)、2只YD-84系列壓電式加速度傳感器、1臺(tái)BZ2102型電荷放大器),如圖3所示.在試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)樣件的安裝應(yīng)當(dāng)基本再現(xiàn)減振器垂直方向的運(yùn)動(dòng).減振器的安裝方式模仿實(shí)車:活塞桿上端通過自行設(shè)計(jì)的連接件與試驗(yàn)臺(tái)架上端作剛性聯(lián)接,用于采集活塞桿上部垂向振動(dòng)加速度信號(hào)的加速度傳感器剛性連接于連接件上;減振器的下端通過螺栓、支架、橡膠鉸與試驗(yàn)臺(tái)激振頭剛性連接.試驗(yàn)測試過程中,具體的測量包括減振器活塞桿上部及儲(chǔ)油缸筒垂向振動(dòng)加速度信號(hào)和試驗(yàn)臺(tái)激振頭的位移信號(hào).此次試驗(yàn)過程中,數(shù)據(jù)采集的采樣頻率為10kHz,采樣時(shí)間為10s,數(shù)字濾波使用的低通濾波器上限頻率為2000Hz.正弦激振頻率為9,10,11,12,13,14Hz,激振幅值取為8mm,即激振行程為16mm,激振頭的位移信號(hào)由電液伺服減振器道路模擬系統(tǒng)(其參數(shù)見表1)包含的控制系統(tǒng)直接輸出,并通過B+S數(shù)據(jù)采集處理微機(jī)系統(tǒng)采集得到.因?yàn)閮?chǔ)油缸筒焊接于減振器的下端,與試驗(yàn)臺(tái)激振頭剛性連接,故儲(chǔ)油缸筒垂直方向的振動(dòng)加速度信號(hào)可由固定于試驗(yàn)臺(tái)激振頭的加速度傳感器測得.減振器試驗(yàn)臺(tái)的上端連接自行設(shè)計(jì)的連接件,以便于安裝加速度傳感器.圖4是減振器活塞桿連接件結(jié)構(gòu)圖:連接件1用于安裝加速度傳感器,活塞桿從B孔穿過連接件1,加速度傳感器用螺栓旋入A孔;連接件2下端C孔旋入活塞桿,上端與試驗(yàn)臺(tái)連接.需要注意的是,活塞桿旋入C孔的長度應(yīng)保證連接件2的下端面將連接件1壓緊無縫隙,這是為了保證安裝在連接件1上的加速度傳感器采集信號(hào)時(shí)不發(fā)生抖動(dòng)而影響采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性.2.2激振頻率為13hz時(shí)利用試驗(yàn)設(shè)備分別采集3支正常減振器和3支異響減振器活塞桿上部垂向加速度、試驗(yàn)臺(tái)激振頭的位移信號(hào),并在時(shí)域內(nèi)分析其特征.圖5是其中2支試件的時(shí)域信號(hào)圖.圖5(a)為標(biāo)記為Y2樣件(異響件)的信號(hào)時(shí)域圖,圖5(b)為標(biāo)記為Z2樣件(正常件)的信號(hào)時(shí)域圖,以上信號(hào)都是在激振頻率為13Hz時(shí)采集.橫坐標(biāo)均為時(shí)間,單位為s;每一個(gè)圖形的上方曲線表示活塞桿上部垂向振動(dòng)的加速度時(shí)間過程(縱坐標(biāo)為加速度,單位為g),而下方曲線是減振器下部所受試驗(yàn)臺(tái)激振頭施加的正弦激勵(lì)的位移時(shí)間過程(縱坐標(biāo)為位移,單位為mm),它們?cè)跁r(shí)間上完全是同步紀(jì)錄的.對(duì)圖5進(jìn)行分析可以得出,無論異響減振器還是正常減振器,活塞桿上部加速度信號(hào)的時(shí)域?qū)Ρ葓D具有相似的特點(diǎn):在壓縮、復(fù)原行程相互轉(zhuǎn)化的時(shí)刻,活塞桿上部有明顯增大的沖擊信號(hào).這是一種具有一定幅值的、特征明顯的“沖擊-衰減”信號(hào).根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)研究,減振器噪聲主要是由在復(fù)原、壓縮行程中產(chǎn)生的對(duì)減振器活塞的沖擊振動(dòng)引起的.從圖5在減振器行程轉(zhuǎn)換位置時(shí)活塞桿加速度沖擊信號(hào)對(duì)比圖中可看到:正常件的活塞桿加速度峰值小于異響件的活塞桿加速度峰值.因此在減振器行程轉(zhuǎn)換時(shí)活塞桿加速度沖擊信號(hào)很可能是引起減振器噪聲的重要因素.2.3加速度功率譜圖頻域分析的主要目的是弄清信號(hào)的組成,判別有用信號(hào)并進(jìn)一步分析出有用信號(hào)的特征,區(qū)分有用信號(hào)與無用信號(hào)之間、有用信號(hào)不同分量之間的相互關(guān)系.本文采用國外車輛減振器噪聲檢測使用的經(jīng)0～1500Hz濾波后把活塞桿上部加速度信號(hào)幅值譜作為減振器噪聲評(píng)價(jià)的常規(guī)方法.圖6是其中標(biāo)記為Y2的異響件在激振頻率為13Hz時(shí)的加速度信號(hào)幅值譜圖.圖6(a)為活塞桿加速度信號(hào),圖6(b)為缸筒加速度信號(hào).從兩圖對(duì)比看出:缸筒加速度信號(hào)幅值譜的峰值主要出現(xiàn)在0～200Hz之間,而活塞桿加速度信號(hào)幅值譜的峰值主要集中在500～1000Hz之間.其它5支樣件缸筒和活塞桿加速度峰值分布與上圖類似,故省略.圖7至圖12為各樣件在激振頻率為14Hz時(shí)加速度功率譜圖.通過對(duì)所采集信號(hào)進(jìn)行功率譜分析后也發(fā)現(xiàn)了與圖6類似的特點(diǎn),即缸筒加速度信號(hào)功率譜的峰值主要出現(xiàn)在0～200Hz之間,而活塞桿加速度信號(hào)功率譜的峰值主要集中在500～1000Hz之間.在激振頻率分別為12,13,14Hz工況下,對(duì)各樣件活塞桿加速度信號(hào)功率譜在500～1000Hz頻率范圍內(nèi)的均方根值進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn),正常件和異響件的活塞桿加速度功率譜均方根值具有較明顯差異(見表2).圖8異響件Y2的加速度功率譜圖(14Hz)分析表2數(shù)據(jù)可以得出,異響減振器在500～1000Hz頻率范圍內(nèi)的活塞桿加速度功率譜均方根值明顯大于正常樣件.而且,隨著激振頻率的增加,正常件和異響件的這種差異更為明顯.同時(shí),由于均方根值可反映能量,說明在500～1000Hz頻率域內(nèi)異響減振器的振動(dòng)能量大于正常減振器.因此,對(duì)于減振器可以通過對(duì)比活塞桿加速度功率譜在500～1000Hz頻率范圍內(nèi)的均方根值來判斷減振器是否產(chǎn)生異響.3加速度信號(hào)幅值譜圖由于減振器內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的在壓縮、復(fù)原行程轉(zhuǎn)化位置時(shí)產(chǎn)生的對(duì)活塞桿的沖擊,通過相關(guān)連接件傳遞到車身而引起了傳遞型異響噪聲.結(jié)合圖5和圖6分析發(fā)現(xiàn),由于減振器阻尼特性的分段非線性特征,壓縮、復(fù)原行程相互轉(zhuǎn)換過程中連桿與導(dǎo)向裝置間的庫侖摩擦力、油液黏度變化等因素導(dǎo)致的“力—速度”特性曲線的不連續(xù)性,使得正弦激勵(lì)經(jīng)減振器傳遞之后變成帶有瞬時(shí)沖擊特征的載荷(圖5).圖6是有異響的減振器在激振頻率為13Hz的換向位置產(chǎn)生沖擊時(shí),缸筒與活塞桿加速度信號(hào)的幅值譜.通過觀察缸筒與活塞桿各自加速度信號(hào)幅值譜的峰值所對(duì)應(yīng)的頻率,可得出由減振器內(nèi)部因素所產(chǎn)生的瞬時(shí)沖擊,使缸筒受到向下的瞬時(shí)作用力,同時(shí)活塞桿受到向上的瞬時(shí)作用力而產(chǎn)生向上的加速度,此過程的瞬時(shí)頻率依據(jù)圖6(a)可得,為847Hz.受此沖擊力的作用,連桿產(chǎn)生了頻率較高的振動(dòng),故減振器異響源于產(chǎn)生相互沖擊的瞬間.因此,減振器內(nèi)部產(chǎn)生的瞬時(shí)力是產(chǎn)生沖擊并引起噪聲的根源,而由此導(dǎo)致的活塞桿高頻振動(dòng)是其具體表現(xiàn).這種沖擊信號(hào)在頻域中的主要表現(xiàn)為:缸筒加速度信號(hào)的幅值譜接近單一的激振頻率,而活塞桿加速度信號(hào)的幅值譜則表現(xiàn)為分布在一定帶寬內(nèi)的具有多個(gè)峰值的寬帶譜.但需指出,這種異常噪聲不是經(jīng)常出現(xiàn)的,只有在一定的條件下,當(dāng)激振信號(hào)在減振器活塞桿處引起一定特征的沖擊載荷時(shí)才會(huì)出現(xiàn).從正常件采集到的信號(hào)頻域圖來看,也具有與異響件頻域圖類似的活塞桿加速度幅值譜,如圖13所示,即正常件在高頻帶寬內(nèi)也存在具有一定峰值的寬帶譜.但與圖6(a)的區(qū)別在于:正常件在高頻帶寬部分形成的峰值包絡(luò)區(qū)域明顯小于異響樣件(即對(duì)應(yīng)于500～1000Hz帶寬內(nèi)的能量較小),這從圖7至圖12的功率譜圖的對(duì)比中可以得到映證.4車輛振動(dòng)信號(hào)檢測系統(tǒng)研究對(duì)正常減振器和異響減振器進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)并經(jīng)分析得出以下結(jié)論:1)減振器工作在復(fù)原和壓縮行程轉(zhuǎn)換位置時(shí),在活塞桿上產(chǎn)生一種具有一定幅值的、特征明顯的“沖擊-衰減”加速度信號(hào),正常件的活塞桿加速度峰值小于異響件的活塞桿加速度峰值.2)正常減振器和異響減振器活塞桿加速度信號(hào)功率譜在500～1000Hz帶寬內(nèi)的均方根值存在較大差異,并且這種差異隨著減振器試驗(yàn)頻率的增大而愈加明顯(當(dāng)減振器試驗(yàn)激振頻率為14Hz時(shí)最為明顯),正常減振器在此帶寬內(nèi)的活塞桿振動(dòng)能量較異響減振器的小.3)通過對(duì)雙筒式減振器進(jìn)行異響試驗(yàn),并從時(shí)域和頻域進(jìn)行分析,可為準(zhǔn)確檢測減振器異響提供參考,同時(shí)對(duì)減振器進(jìn)行出廠產(chǎn)品異響判別提供了質(zhì)量檢測方法.參考文獻(xiàn):張立軍,余卓平,靳曉雄,等.減振器異常噪聲的試驗(yàn)研究與分析[J].振動(dòng)與沖擊,2002,21(1):33-38.ZHANGLi-jun,YUZhuo-ping,JINXiao-xiong,etal.Experimentalresearchontheabnormalnoiseofhydraulicsuspensionshockabsorber[J].JournalofVibrationandShock,2002,21(1):33-38.PATRICKSincebaug,WILLIAMGreen.Aneuralnetworkbaseddiagnostictestsystemforarmoredvehicleshockabsorbers[J].ExpertSystemswithApplication,1996,11(2):237-244.李舜酩,李允平,許慶余.小波分析在車輛振動(dòng)信號(hào)檢測中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),1998,29(3):108-112.LIShun-ming,LIYun-ping,XUQing-yu.Waveletanalysisofvibrationsignalsinthevehicledetection[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalMachinery,1998,29(3):108-112.KOWALSKIDarin,MOHANDR,JASONR,etal.Theeffectsofdifferentinputexcitationonthedynamiccharacterizationofanautomotiveshockabsorber[J].SAEPaper,2001-01-1442.唐旭崢.一種功能齊全的減振器試驗(yàn)系統(tǒng)[J].摩托車技術(shù),2000(11):9-12.TANGXu-zheng.Afull-featureddampertestsystem[J].MotorcycleTechnology,2000(11):9-12.舒紅宇,王立勇,岑伊萬.車輛液力減振器異常噪聲鑒別方法[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2005,28(4):10-13.SHUHong-yu,WANGLi-yong,CENYi-wan.Abnormalnoisetestmethodofvehiclehydraulicshockabsorber[J].JournalofChongqingUniversity:NaturalScienceEdition,2005,28(4):10-13.BESINGERFH,CEBOND,COLEDJ.Dampermodelsforheavyvehicleridedynamics[J].VehicleSystemDynamics,1995(24):35-64.俞大為,羅金良.汽車筒式減振器異響成因分析[J].車輛與動(dòng)力技術(shù),2000(1):19-26.YUDa-wei,LUOJin-liang.Analysisonthecauseofabnormalsoundofautomobileshockabsorber[J].Vehicle&PowerTechnology,2000(1):19-26.舒紅宇,王立勇,吳碧華,等.液力減振器結(jié)構(gòu)異響發(fā)生的微過程分析[J].振動(dòng)工程學(xué)報(bào),2005,18(3):282-287.SHUHong-yu,WANGLi-yong,WUBi-hua,etal.Analysisontheabnormalstructurenoiseyieldingprocessofhydraulicshockab