1.1 汽車振動基礎(chǔ)知識

1.1.1 振動的基本概念

振動是指系統(tǒng)中運動量位移、速度、加速度等的振蕩現(xiàn)象。具體而言，振動是相對已知的參考系，系統(tǒng)中一個隨時間變化的運動量與其平均量相比，時大時小交替變化的現(xiàn)象。振動存在于自然界的各個方面，例如汽車、火車等交通工具在行駛過程中由路面不平引起的振動，鍛壓機械工作時產(chǎn)生的振動，建筑物受風(fēng)作用產(chǎn)生的振動，地球內(nèi)部壓力變化產(chǎn)生的振動（地震）等。在許多情況下振動是有害的，影響機械設(shè)備的工作性能和壽命，產(chǎn)生有損于建筑物的動載荷和不利于工作的噪聲，影響交通工具的乘坐舒適性。對于精密加工機械來說，很小的振動都會影響產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。因此，對于大多數(shù)振動來說，都應(yīng)該將其振動量控制在允許的范圍內(nèi)。

汽車作為一個復(fù)雜的振動系統(tǒng)，內(nèi)部各零部件都具有不同的固有頻率。其在行駛過程中因路面不平、車速和運動方向的變化，車輪、發(fā)動機和傳動系統(tǒng)的不平衡等各種外部和內(nèi)部的激振作用而產(chǎn)生整車或局部的振動。這些振動使得汽車的動力學(xué)性能得不到充分發(fā)揮，損壞汽車的零部件，影響貨物運載安全性，縮短汽車壽命，同時影響汽車的通過性、操縱穩(wěn)定性。特別是容易使駕駛?cè)水a(chǎn)生疲勞，嚴(yán)重影響汽車的安全性。

汽車的振動問題可用圖1-1所示的振動系統(tǒng)框圖來描述。對于汽車而言，振動系統(tǒng)可以是汽車中的某個零件、某個部件、某個子系統(tǒng)或整車系統(tǒng)，如曲軸、懸架、發(fā)動機懸置、傳動系統(tǒng)、輪胎、人體座椅以及整車等。從振動理論來說，圖1-1中的振動系統(tǒng)表示研究對象的振動特性，輸入（或激勵）表示初始干擾和激勵等內(nèi)外界因素對系統(tǒng)的作用，輸出（或響應(yīng)）是表示系統(tǒng)在輸入或外界激勵作用下的動態(tài)響應(yīng)。汽車振動學(xué)就是要分析系統(tǒng)、激勵和響應(yīng)三者之間的關(guān)系，探討系統(tǒng)各參數(shù)對振動響應(yīng)的影響，提出控制振動的方法。

圖1-1 振動系統(tǒng)框圖

根據(jù)圖1-1，可把振動問題歸納為以下幾類：

1）響應(yīng)分析：已知輸入和系統(tǒng)的參數(shù)，求系統(tǒng)的響應(yīng)。通過對系統(tǒng)振動位移、振動速度和振動加速度響應(yīng)的分析，判斷系統(tǒng)是否滿足強度、剛度、振動的要求。

2）動態(tài)設(shè)計：已知系統(tǒng)的激勵，設(shè)計合理的系統(tǒng)參數(shù)，滿足預(yù)定要求的動態(tài)響應(yīng)。

3）系統(tǒng)識別：在已知輸入和輸出的情況下求系統(tǒng)參數(shù)，對已有的系統(tǒng)進行激振，測得激振下的響應(yīng)，然后識別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

4）環(huán)境預(yù)測：已知系統(tǒng)的輸出和系統(tǒng)的參數(shù)，確定系統(tǒng)的輸入，以判別系統(tǒng)的環(huán)境特性。