摘要：随着经济的快速发展，社会在不断的进步，基于汽车底盘测功试验台，对装配某型号的缸内直喷四冲程发动机在整车运行时的振动状况进行原理分析和测试，对测试所得的振动加速度信号进行时域、频域分析，获得发动机整体的振动状态，为该发动机在减振与隔振设计方面提供必要的试验依据。
关键词：发动机；振动加速度；时域；频域；振动测试
引言
安全气囊作为汽车被动安全性的辅助配置，发挥着非常重要的作用。因各国气候、道路状况等存在差异，安全气囊的耐久使用性能成为了人们广泛关注的话题。环境可靠性是汽车零部件的耐久使用性能考核的一项关键指标。有关安全气囊的环境可靠性试验很多，比如跌落、机械冲击、振动（复合温度）、温湿度循环、盐雾、温度冲击及阳光模拟老化等，其中振动（复合温度）试验是关乎安全气囊耐久使用后能否维持原有功能的重要检测内容。
1汽车电器系统振动可靠性试验系统研究的重要性
汽车的电器系统振动的可靠性实验研究对汽车有重要意义，汽车出现故障的原因众多，其中由于汽车电器及其电子系统出现故障占总故障比重较高，且该比例以逐年递增的趋势发展。为我国的汽车安全和汽车电器发展带来了不良影响。汽车电器的市场需求量随着汽车行业的发展越来越多，对汽车电器的使用也越来越多。由于汽车在工作时，路面的激励和汽车发动机的振动使得汽车电器易出现故障。对汽车电器系统振动可靠性的研究有重要意义，传统的对汽车电器系统振动的可靠性的试验方法是人工进行值守，并对相关数据进行纪律进行分析并得出结论的方法。对汽车电器系统振动可靠性试验系统的研究与开发，有助于提高汽车电器的质量，减少汽车因汽车电器出现故障现象的发生。
2发动机振动测试方法
2.1测试对象及条件
2.1.1测试对象测试对象为北京现代汽车有限公司提供的装配G4KJ型（缸内直喷四冲程）发动机的BH6470MMZ型整车。
2.1.2实验场所
实验场所为佛山科学技术学院车辆工程实验室及FDC-3汽车底盘测功机试验台，用来模拟汽车在水平道路上行驶。
2.1.3传感器
传感器采用IEPE压电式三向加速器传感器拾取发动机振动信号，传感器的频响范围为1Hz～10kHz，量程为2500m/s2、灵敏度约为2mv/m•s-2。制造商为江苏东华测试有限公司，该传感器可以收集x、y、z3个方向的振动信号。
2.1.4分析软件
分析软件为DH5922N型动态信号测试系统与计算机终端，制造商为江苏东华测试有限公司。其中DHDAS动态信号采集分析软件，可实现大容量的数据自动采集与信号处理，对采集的数据进行各种形式的数据分析和处理，并以所设定的形式显示出来。
2.2测试方案与内容
试验在底盘测功机上进行，底盘测功机的功能是模拟道路试验进行，可以测量车辆在不同车速、不同转速下发动机的振动情况。其试验按以下步骤操作。（1）将试验汽车的驱动轮驶上转鼓，将档位挂至空挡，固定非驱动轮，将试验车后端的连接带连至拖车钩上并通过锁带压紧。（2）连接仪器和传感器。（3）选择测点，测点的选取直接影响采集到的振动信号与真实信号的关系，即采集信号的真实性。本实验根据振动评估点定于合成位移最大值处，即发动机的边界位置，共选取了3个测点（9路信号），分别是发动机气缸盖两侧以及发动机与车架相连接点附近对应的刚性支架处位置，测点布置情况如图1所示。（4）传感器安装如图2所示。测量方向设定如下：将3个带磁力座的加速度传感器依次安装在发动机的所选测点位置，通过DH5922N动态信号测试系统同时测取每个测点上互相垂直的3个方向的振动加速度信号。这里，令曲轴轴向为横向，用x表示；发动机安装平面的垂直方向为垂向，用z表示；垂直于x-z平面方向为纵向，即车辆的前进方向，用y表示。（5）测量发动机不同转速产生的振动信号及频率。分别对发动机转速在1000、1500、2000、2500、3000和3500r/min时的振动信号进行采样测试。
图1发动机振动测点的布置
图2传感器安装
3常用振动试验方法
3.1 正弦定频试验
正弦定频试验就如前文所说，是一开始振动试验发展起来就采用的一种试验方法，定频正弦振动试验顾名思义是频率固定，一般模拟转速固定的旋转机械、某些零部件、结构固有频率、设备等只工作在某个或者几个激励频率下，以考核其抗振以及耐振能力。固定振动波形如图1所示。试验人员在进行正弦定频试验时，标准中会给出3个关键参数，即频率，Hz；振幅值，mm；试验时间，说明振动方向和每个方向的振动时间。了解到以上3个试验条件，便可在振动试验台中对试验参数进行设置。
3.2 正弦扫频试验
正弦扫频振动试验是在振动台上设置规定的频率、扫描速度和振动幅值的振动，根据扫描方式，主要分为线性扫频和对数扫频。线性扫描频率变化是线性的，其频谱为连续谱，在很短的时间内完成全部量程，即单位时间扫过多少赫兹，单位是Hz/s 或者 Hz/min。这种扫描方式主要用于产品设计模态分析的试验方式，这样的线性扫描往往被认为是快速扫描的特点，其优点是信噪比较低。试验常用的是对数扫频，对数扫频的频率变化按照对数变化，扫描率的单位是oct/min、oct/s，其中oct是倍频程，即相同时间扫过的频率倍频程数是相同的，其特点是低频率部分扫描得慢而高频部分扫描会快。
3.3随机振动试验
随机振动是指波形比较杂乱，波形随时间变化显示不出一定规律的振动，但是随机振动也是由正弦振动所组成的，这些频率不是离散，是连续分布的，随机振动分为宽带随机和窄带随机。我们常常进行宽带随机振动试验，其目的可分为3种：①用于评价结构或样品的抗随机振动特性，研究其强度破坏以及疲劳寿命等问题的一种耐久性的试验；②研究在随机振动环境下结构或者样品的功能特性，主要检验产品在振动环境下是否产生功能性故障，是否失灵以及各机件的连接、紧固件、安装变形、间隙的工艺要求是否满足实际使用要求；③对振动结构作动力响应特性的研究。因此随机振动更加接近真实振动状况，可以替代现场的试验，这样不仅缩短产品研发周期，也减少开发成本。
3.5振动频率和功率谱密度问题
振动频率和功率谱密度不同会对试验结果产生较大影响，部分国外汽车集团制定企业标准时，考虑的是当地的道路情况，通过路试采集加速度、频率等相关数据，从而提出振动要求，但由此制定的标准不一定适合我国的道路情况。另外，山路上的振动更加剧烈，建议进行多地路试采集数据，制定更有效的振动条件。
结语
本文基于汽车底盘测功试验台，对某型号发动机在整车运行中的振动状况进行了相关振动测试，通过对测试信号进行时域和频域分析，获得了该发动机整体的振动状态，包括发动机在垂向、横向、纵向的振动状态和不同车速下发动机的振动强度及发动机主要干扰力的阶次情况等。通过分析可知，垂向振动最明显，其传递的振动能量最大，垂向和横向的振动主要是由惯性力和惯性力矩引起的，初步提出以垂向和横向的加速度合成振级来评价发动机振动的好坏。同时建议通过采取尽可能减小二级往复惯性力、设置二级平衡机构的措施来减小振动。
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论文作者:薛飞舞
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/28
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