摩托车整车系统的振动特性分析

摩托车整车系统的振动特性分析

摘要：摩托车的振动水平，是衡量摩托车制造质量的一个重要指标，它给摩托

车乘人员的感受是最直接和表面的。在振动环境中，振动不仅会降低骑乘舒适性，而且会干扰、妨碍手的动作，使人精力难以集中，感到疲劳并且可能引发安全事故。如果振动强度足够大，或者长期在相当强度的振动环境里工作，则可能对人

的神经系统、消化系统、心血管系统、内分泌系统、呼吸系统等方面造成危害和

影响。对此，本文对摩托车整车系统的振动特性进行分析，并提出改进措施。

关键词：摩托车；整车系统；振动特性；措施

一、摩托车整车系统振动特性评估

（1）由于路面激励产生的振动频率较低，对人体舒适性影响较大，因此考

虑一下仅在路面激励单独作用下的响应。下面以驾驶员感觉比较明显的手把、座

垫以及脚踏处的垂直及仰俯振动为例说明，对侧向振动不予考虑。

（2)摩托车产生的振动有2种，一是发动机产生的振动发动机工作时，由曲轴、连杆、活塞等不平衡质量产生周期性变化的惯性载荷，引起发动机受力不平

衡从而产生振动，经悬挂装置传至车身，引起整车的振动。二是摩托车行驶时地

面波动产生的振动。第2种振动主要通过前后减震器的匹配来消除发动机振动造

成的整车振动，该振动频率为50～100Hz，是对人体影响较大的振源，车架设计

不好时振幅可达0.05～1.3mm甚至更大，使人难以忍受，极大影响了骑乘舒适性。

(3)摩托车整车骑乘振动感觉是整车商品性评价的重要一项，振动的测评主要有方向把部位、鞍座部位及脚踏板部位。

随着车速的提高，既发动机转速的提高，骑乘舒适度 (振感 )开始变化，这主要取决于发动机的振动水平，整车和发动机的匹配与共振点的调整。对不同状况

的整车进行评点，再用现代检测设备采集振动图谱 (该套设备含整车试验台架、

振动传感器、电脑与专用软件，以同车、同速、同状况的评点与振动图、谱，对

应录入系统，建立标准数据库及试验作业指导书。具体作法：把要评价的车固定

在台架上，按指导书要求在指定位置上贴好感应器，按指导书要求由试车员操纵

试验并据，整理数据形成报告供评价使用。

如图1

摩托车振动舒适性评价图1

二、摩托车车架结构分析与改进

1.车架与激励的匹配关系

摩托车行驶过程中，主要受到路面激励和发动机激励。因此摩托车车体的结

构动特性必须具有与激励相适应的力学特性，如果车体的固有频率与激励频率相

耦合，会使摩托车车体发生共振，会使整车振动剧烈，甚至产生局部破坏等。结

合摩托车的实际情况，对摩托车车体的模态性能提出以下要求：

1）车体频率应该避开悬架系统的频率。2）车体的模态频率应避开发动机怠

速运转频率，最好避开发动机常用转速下的激励频率。3）车体模态频率应该尽

可能避开路面激励的频率范围。4）车体振型应尽可能光滑、避免突变。摩托车

悬架系统簧上质量偏频一般在2—3Hz左右，簧下质量(车轮)偏频一般低于20Hz，车体的固有频率远远高于此频率，因此悬架系统的频率不会和车体相耦合。

2.发动机影响

摩托车发动机一般是通过螺栓直接刚性联结在车架上的，而且发动机质量较大，本身又是振源。发动机的激励源于曲柄连杆机构所产生的作用力和力矩，包

括往复惯性力、旋转惯性力、气体作用力和与曲轴扭矩相反的翻倒力偶矩，其中，气体作用力在发动机机体上互相抵消，只使机体产生拉伸或压缩应力，并不传递

到机体之外的支架上，而翻倒力偶矩、往复惯性力和旋转惯性力通过发动机机体

传至支架上。

在发动机工作范围内，发动机激励和车架结构有可能发生频率耦合。因此应

设法改善车架结构特性。车体的结构特性不单单只是频率幅值和振型，还包括阻

尼比，模态的阻尼比越大，表明结构自身的阻尼越大，能快速衰减振动。改善结

构特性有几个方面：提高模态频率、增加阻尼。由于摩托车车体为钢结构，其本

身阻尼较小，应设法增加阻尼材料，以提高阻尼，可以减小频响函数幅值，在相

同激励下使系统响应得到衰减，从而减小振动。

3.车架和过桥工艺分析

车架刚度对车架的固有频率有很大的影响，要提高车架的抗振能力，减少对

外界激励的响应就要从提高车架的刚度着手。影响车架刚度的因素很多，主要包

括车架的结构形式，车架构件的几何参数和截面形状及大小、材料及加强板的设

置等。

摩托车车架结构示意图1

1)改进车架A向处结构设计,将原来的设计图尺寸16mm改为20mm，保证车

架上安装过桥的左端面至车架中心平面尺寸为147mm，尺寸误差不大1.5mm，

这样即使车架制造存在误差,也能保证减振摇臂的运动空问，防止摇臂减振杆与

车架上减振摇臂限位板干涉而造成振动。

(2)提高车架焊接夹具精度，保证B—B轴线与车架中心平面垂直，其垂直度

应小于0.02，即车架B—B轴线两端点相对于车架主管处 x、z尺寸误差不大于

1.5mm。图2

过桥结构下意图2

(3)要求配套厂方能严格将减震橡胶块 I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V 、Ⅵ邵尔硬度按图纸要求的 65、65、65、65、70、70制作；(4)装配工艺上，调整过桥一发动机连接螺母紧固力矩，由原来的60N·m调整到45N·m，防止紧固力矩过大引起过桥摇臂

上的减振杆歪斜。经过以上四项解决措施后，重新进行样车道路试验，摩托车方

向把振动剧烈现象消失，整车振动问题基本解决。

结束语：摩托车具有复杂的结构，发动机和路面的振动激励经过车身的传递后，最终作用在骑乘人员的身上，产生不适感。传统的摩托车振动控制采用对原

型车进行试修改的方法，周期长，成本高，而且无法预知每一个结构修改的减振

效果。对此，本文通过上述总结如下：（1）通过对车架总体型式的选择，局部

结构的优化设计及巧妙匹配，同样也能减小振动，大大提高整车骑乘舒适性。（2）摩托车合理装配工艺也是提高摩托车整车性能和质量的重要因素。（3）在

摩托车在发动机中加入平衡轴，使得一阶往复惯性力大大减小，这样振源振动强

度得到了抑制，使得摩托车整体的振动得到了非常有效的降低。（4）在振源和

减振体之间加入能够减少振动传递的机构。在摩托车发动机的安装中可以采用弹

性悬挂技术，减少发动机向车架的振动传输。（5）改进摩托车结构减振利用已

经建立的摩托车整车有限元模型可以非常方便、快捷的试验各种结构修改措施，

并虚拟分析出其减振效果，通过分析认为有效的方法可以在实车上应用，通过试

验检测其最终效果。

参考文献：