杨振国

【摘 要】汽车长期在公路上行驶，由于道路的复杂多变，对汽车上各个零部件的振动性能提出了很高的要求。汽车供应商们在研发期间以及批量投产后往往采用先进的振动测试技术来摸索或者是验证各个汽车零部件的振动特性，从而保证汽车整体在行驶中的安顺性和平稳性。汽车上的重要零部件也有国家强制性标准的规定，必须经受相应的振动条款的检验，可见振动技术在汽车零部件中的运用是非常重要和广泛的。

【关键词】汽车；零部件；振动检测

汽车内部从仪表板到座椅，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，要用振动检测来验证汽车的各种零部件在一般路面条件下的受损程度，在另一些情况下，通过振动检测来识别机械发出的恼人的噪声对人体的危害程度。

在振动学应用中，开发成功的数字信号处理技术会在试验室和生产线上制造成更加贴近真实的振动环境。现在，振动检测技术除了使用随机波、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检测方法。

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，现就对汽车中一些典型零部件分别作详细的分析：

1.仪表板

一些汽车制造厂对仪表板组件进行振动检测，其主要目的是检查仪表板在振动中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，也是消费者投诉的重点。在检测中，在专用振动台上不使用风扇，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，然后测试要暂停以便让设备冷却下来。

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外面。遥控面板和显示器则悬挂在测试装置的上面，便于试验人员能听见噪声并控制检测过程。

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试验值内。

在振动检测中，试验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，并且用于手动方式来控制振动频率和振幅，检查产生噪音的真正原因，这样才能找到仪表板产生噪声的机理，为产品供应商提供质量控制的手段。

检测咯吱声和卡嗒声时，先进的方式是采用加温与日光照射相结合的振动试验。一些国外先进的试验室内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，试验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。

2.汽车座椅

我们试验室采用高新技术的振动检测设备来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，可以得到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，会自动通知操作人员。

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。

路面仿真用振动台可以重现汽车座椅受振动的情况。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，而且现在甚至能同时使用几个振动台在几个测试点上做模仿路面试验。

3.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，可使用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信，把振动频率、振幅和其它有关参数（时间和日期）储存起来。

一般汽车后视镜生产厂家对后视镜组件进行振动测试的过程是：用冲击测试法鉴别镜子的谐振频率和由于引擎振动引发的潜在结构缺陷，用动态信号分析仪测出产品对冲击的反应，测出产品的谐振频率并与预先设置的频谱相比较，这样便可在制造期间自动检验产品的质量。

4.注油泵

注油泵承受着泵体组合件对路面和引擎的联合振动环境。代表引擎振动的正弦波振动叠加在随机振动的波形上，可以准确地模仿路面的振动的环境和状况，再加上用几个正弦波谐波来模仿引擎的振动就非常贴近真实情况。当你听到的由振动台发出的噪声，就等于听到实际汽车在路上发出的声响。

为了模仿实际安装在引擎上的注油泵，用振动台上的夹具把注油泵固定后再进行振动测试。由于夹具本身也增加了检测的复杂性，它的机械谐振为十字轴运动增加额外的幅度，因此要使用开槽的工艺来减少对试验的影响。

最大允许的随机和正弦振动的幅度取决于极限频谱、每个正弦谐波的振幅和随机振动附加的能谱密度。在测试期间，在十字轴方向上测得的加速度不允许超过极限频谱，减少驱动信号的频率便可避免达到这个极限。在最终的控制频谱上出现槽口，表示有极限频谱存在。

5.防撞传感器

气囊防撞传感器制造厂一般采用模仿瞬时加速度的办法来检测每一个传感器。测试的目的是要保证这些传感器在未达到一定加速度之前不会激发气囊，当加速度达到既定值时立即激发气囊。

在试验室中一般室驱动振动台产生一个半正弦形加速脉冲，或者用在实际撞车时记录下的加速波形模仿瞬时加速度，来观察防撞传感器是否起作用，为了验证在每次冲撞时的动作是有效的，要把传感器牢固连接在振动检测设备上，由控制振动台的同一个计算机程序来监视和控制。

以上是一些振动检测技术在汽车零部件中的运用，从中可以发现不同的零部件其产生振动噪音或者是振动损坏的机理不完全一致，因此采用相对应的振动检测方式也不完全一致，这对我们检测人员来说是一种困难也是一种挑战。今后，消费者会更注重汽车行驶的平稳性和舒适性，这样给我们提出一个个新的课题去研究，也需要我们多多地学习和探索，这样才会在这个广阔的领域中做出更大的成绩。