汽车的振动测试技术

汽车的振动测试技术

前言

狭义地说，振动测试在于通过传感器、放大仪器以及显示或记录仪表，测量运动机械或工程结构在外界激励（包括环境激励）或运行工况中其重要部位的位移、速度、加速度等运动量，从而了解机械或结构的工作状态。广义地说，通过运动量的测量，我们希望了解机械或结构的动特性，如固有频率、固有振型、阻尼以及动刚度等特性参数，为机械或工程结构的动力设计服务。

无论是生产机械、运输机械或工程结构，均日益高速、高效、高精度和大型化发展。在许多情况下，限制其振动效应或提高其抗振性能成为设计成功与否的关键。在这种情况下，振动测试和设计计算是相辅相成的两种手段。在设计过程中，往往要通过模型试验或对已有相近设备的试验来考验计算方法的可靠性或改进计算方法。某些参数，只能通过试验来提供。

运动机械在运行中必然会产生振动。即使是那些我们视为不运动的工程结构，在环境激励的影响下，也会产生振动。

·振动现象对产品的主要影响：

结构性损坏（包括组成产品的各构件产生变形、弯曲裂纹、断裂以及疲劳损坏等），工作性能失灵（指在振动的影响下，系统造成不稳定性能越差，有些系统甚至不能工作），工艺性能破坏（这种破坏一般指产品的连接件松动，焊点脱焊，螺钉松动，印刷板插脚接触不良等）。无论那种破坏都将导致产品的工作不稳定，甚至损坏。为了提高产品的可靠性，需要通过振动试验来暴露产品的薄弱环节，改进产品设计，使产品在运行、使用过程中不出或者少出故障。这是振动试验的最终目的。目前在实验室中进行振动试验的形式最常用的是正弦振动和随机振动试验。振动信号可以反映机械的运行状态和结构的损伤。运行监测和故障诊断已逐渐成为由振动理论、振动测试和信号分析相结合而生成出来的一门重要的学科。其中，振动测试分析起着关键的作用。

·振动测试重要性：

许多情况下，机械振动会造成危害。它影响精密仪器设备的功能；降低加工零件的精度和表面质量；加剧构件的疲劳破坏和磨损，导致构件损坏造成事故。但也利用振动来作有益的事情，如钟表、清洗、超声振动切削等。振动问题在生产实践中一直占有相当重要的地位。因此必须对机械振动进行观测、分析、研究，而测试始终是一个重要的、必不可少的手段。

·振动测试的分类：

①对正在工作的对象进行振动测量和分析。其目的是评定对象振动强度，结构的动载及动变形，寻找振源及其传递路径，监测设备状况。②给对象施加激励，使其产生振动，再作测试。其目的是测定对象的动态特性或评定抗振能力，如伺服控制频率扫描装置。

振动量的一个重要特征是周期性，故常需对其作各种频域分析。此外，许多振动测试方法都以相关的振动理论为依据。从这两点来看，振动测试比其它机械量测试要复杂，所涉及的知识面较广泛。振动测试分析涉及信号描述方法和数字处理方法等，许多仪器的分析功能也是为振动（或动态过程）测试而设计的。

汽车供应商们采用先进的振动测试技术来保证汽车在行驶中的安静和平稳。汽车

上的零件和组装件必须经受振动可控测试技术的检验。

汽车的振动及振动测试技术：

汽车在行驶时始终处于振动状态，由于路面不平，车速和运动方向的改变，发动机工作激励以及车轮、传动系统不平衡质量，产生整车和局部的强烈振动。这些振动严重影响汽车的平顺性、操纵稳定性等性能。汽车振动研究的传统方法主要是利用经典力学，将整车简化成3个集中质量子系统：簧载质量（车身、发动机），前非簧载质量（前悬架、前轴、前轮总成），后前非簧载质量（后悬架、后轴、后轮总成），并对轮胎、悬架的非线性特性以及内外激励进行不同程度的简化描述。

汽车在行驶过程中始终受到外力的作用，像路面高低不平的冲击，侧向风的作用等；汽车本身的运动件像发动机、轮胎、传动轴等也产生力或力矩作用。

所以汽车内部从仪表板到桌椅，从安全气囊传感器到引擎注油泵，诸多零部件都要经过精确振动模式和幅度的测试。

在有些情况下，要用振动测试法验证汽车的各种装置在一般路面条件下会不会损坏。

在另一些情况下，通过振动测试来识别机械发出的烦人的噪声。

在振动控制的工业中，开发成功的数字信号处理技术有可能在实验室和生产线上制造成更加贴近真实的振动环境。今天，振动测试除了使用随机波、正弦波和冲击波的传统方法，又增加了更加复杂的方法，比如随机波上加正弦波和波形复制。

正如名称所示，随机正弦波是把随机振动与正弦波结合起来形成复杂的振动形式；波形复制振动模仿出真实的汽车振动环境。随机正弦波振动把多个正弦波与具有宽频带的噪声结合在一起。正弦波振动可以是固定的或者是扫描式的谐波或非谐波振动，而且在整个频带内的振动幅度是可变的。就模仿在路面变化行驶中的随机振动的汽车来说，其引擎转速增加或减少时，随机正弦波振动是很好的测试方法。

汽车内部从仪表板到桌椅，从安全气囊传感器到引擎注油泵，诸多零部件都要经过精确振动模式和幅度的测试。

在有些情况下，要用振动测试法验证汽车的各种装置在一般路面条件下不会损坏。在另一些情况下，通过振动测试来识别机械发出的烦人的噪声。

在振动控制的工业中，开发成功的数字信号处理技术有可能在实验室和生产线上制造成更加贴近真实的振动环境。今天，振动测试除了使用随机波、正弦波和冲击波的传统方法，又增加了更加复杂的方法，比如随机波上加正弦波和波形复制。

正如名称所示，随机正弦波是把随机振动与正弦波结合起来形成复杂的振动形式；波形复制振动模仿出真实的汽车振动环境。随机正弦波振动把多个正弦波与具有宽频带的噪声结合在一起。正弦波振动可以是固定的或者是扫描式的谐波或非谐波振动，而且在整个频带内的振动幅度是可变的。就模仿在路面变化行驶中的随机振动的汽车来说，其引擎转速增加或减少时，随机正弦波振动是很好的测试方法。

实际应用

采用随机正弦波振动和波形复制方法对汽车进行测试，可真实地再现汽车行驶中的实际环境，用作设计验证和质量控制。

•仪表板

许多汽车制造厂对仪表板组件进行振动测试以检查其发出的咯吱声和卡嗒声。这一项是新车购买者可能最不满意的地方，在保证金中占很大份额。

为了测试建造了专用振动台，它不使用风扇，为的是造成清静的环境来验证振动中的仪表板是否有咯吱声和卡嗒声。因为没有通风散热，只能在温升超过工作温度时做短时间的振动测试，然后测试要暂停一会儿让设备冷却下来。

除振动台外，所有能发出噪声的仪器设备，包括振动台的控制器都应放在测试室的列边。遥控面板和显示器要悬挂在测试装置的上面，便于工作人员能听见噪声并控制测试过程。

用于检验咯吱声和卡嗒声的振动模式，由随机波、扫描正弦波和代表负荷的多段波形所构成。其振动幅度要控制在汽车正常行驶中的额定实验值内。为了避免振动过于猛烈。要维修部件并做好紧固工作。

在振动测试中，操作人员起着关键性的作用，例如施加扫描式正弦波来重复加速引擎的振动模式，此时可能要加上几次扫频来发现异常的噪声。由于咯吱声和卡嗒声难于发现起因，操作者必须停止对仪表板做下一步的操作，并且用于动方式来控制振动频率和振幅，检查产生噪音的真正原因。这样才能找到产生噪声的机理，许多设备生产厂也采用这种方法作为质量控制的手段。

检测咯吱声和卡嗒声时，有时采用加温与日光照射相结合的振动实验。有些汽车公司安装一种集成测试系统，在大的温度控制室内安装有电动振动台和太阳阵列，操作人员在中央控制中心调节温度、振动模式和振幅以及阵列来探测噪声。

•汽车座椅

已有多家汽车公司使用高新技术的振动测试设备检验发出咯吱声的座椅。把座椅安装在电动液压振动台的俯仰板上。用动态信号分析仪自动检查噪声，得到1/3倍频程频谱。采用仪器监视而非人工检测，当噪声超过预设的电平时，才通知操作人员。

由于汽车座椅更容易受到路面振动的影响，要对座椅和它的安全带进行测试最好采用模仿路面技术。复制真实路面振动波形代替传统的振动方法，可取得更好的测试结果。

路面仿真用振动台重现纪录的历史情况。有时由4个或6个振动台组成的装置来重现汽车车轮同时振动的环境。使用最先进的信号处理技术和快速的数字信号处理器可精确模仿实际的振动环境。

以前，即便是模仿一般路况的持续时间不足一小时，却需要一天的计算时间。而今天，用一台振动控制器便可无限期模仿路面的历史情况，也无需几个小时或一天的脱机计算。甚至能同时使用几个振动台在几个测试点上做模仿试验。

•后视镜

后视镜组合件的稳定性测试可用振动台模仿路面振动。用后视镜反射光束的散射测量镜子的振动，并查出令汽车买主讨厌的振颤部件。

由于反射光束被镜子放大了两倍，在驱动条件下镜子有很小振动都能使后视镜影像变得模糊。要在测试过程中找出引起后视镜影像模糊的振动频率，使用了可控加速度幅度的扫描正弦振动加在后视镜上。用激光图像系统来监视镜子的图像，并在镜子谐振时拍摄出现的图像。激光图像系统中的程序与振动控制系统通