汽车机械振动的原因 (汽车的几种振动及原因)

相位差

振动节奏的差异就是所谓的相位差。当汽车驶过起伏的路面,路面不平的影响会被悬吊系统削弱,之后再传导至车内。当车体的振幅被悬吊系统缩小后,驾驶将更加平稳。然而问题是,路面起伏的 [ 输入 ] ,车体振幅的 [ 响应 ] 能够缩小到什么程度呢?除此以外,对于输入的外力,汽车悬挂系统又能以多块的速度响应也很关键。

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  • 情况一:强制振动的频率趋向无穷小时,则输入外力与响应振幅的相位将会近乎一致

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  • 情况二:按固有频率施加振动,则相位会偏移90°

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  • 情况三:如果强制振动的频率趋向无穷大时,则相位会偏移180°

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振动的节奏差异

在振动系统中,如果以不同于(自然振动的)固有振动频率的频率进行强制振动,会感受到阻力。这是因为对该振动系统而言,外力引起的强制振动,其频率是不自然的,所以振动系统会对其产生抵抗。而振动的频率就是节奏,强制振动的节奏与自然振动的节奏不同,导致了抵抗的产生。如果进一步深究,这种阻力是因施加的振动方向与重物惯性力的方向不一致而产生的。而这种运动的节奏差异,就是相位差

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频率响应

为了更透彻的了解振动系统的振动特性,我们可以在观察振动相位差的同时,观察振动的振幅比。这里将振幅、相位差等振动系统对外部输入(强制振动)的响应,称为响应频率。

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Bode plot

既然说到响应频率,有必要介绍一下伯德图(Bode plot)波德图一般是由二张图组合而成,一张幅频图表示频率响应增益的分贝值对频率的变化,另一张相频图表示频率响应的相位对频率的变化。

此处,上方为振幅图,表示强制振动的振幅比(相对于输入外力大小的响应大小的比值)。振幅比>1,表示对输入外力的响应变大;反之为变小。下方是相位图,表示对输入外力响应的相位差。相位差越大,代表相对于输入外力,响应延迟也越大。

阻尼系统的振动

通过伯德图我们可以了解阻尼系统的振动情况。振动系统以图模型表示:

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假设此模型从静止状态,在外力激励下振动频率逐渐提升。振动频率较低时振幅比为1,也就是激励振幅与响应振幅相同。振动频率提升后,振幅比随之提升,说明响应振幅随激励振幅的影响逐渐变大。直至某一刻振幅比达到最大,也就是共振。此后,如果再提升振动频率,振幅将逐渐减小,最终趋向于0。

同时,振动频率趋向无穷小时,外力与弹簧回以相同的节奏朝同样的方向运动,因此相位差为0;当达到固有振动频率时,相位差为-90°,振动频率趋向无穷大时相位差-180°。

悬吊系统的振动

汽车悬吊系统本质上是由重物和多个避震器组成的振动系统,可用下图简化模型表示:

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车体和车轮之间的弹簧与避震器代表悬吊系统;车轮与路面之间的弹簧与避震器则代表轮胎的弹性阻尼。

多自由度振动

实际的汽车振动可能要复杂的多,因为是多处,多避震器,很多方向都有振动。需要进行大量的数据统计,并通过计算机辅助计算,得到分析结果。

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