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[摘 要]工程车辆在转向时助力转向系统发出异响产生噪声，会严重影响驾驶员舒适性。本文针对某助力转向系统的振动及产生的噪声进行分析研究。
[关键词]助力转向系统；振动；噪声
中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）11-0276-02
1 总述
目前我国工程机械进入了快速发展阶段，人们在对工程机械性能提出更高要求同时，对其舒适性也提出了更高的需求，因此车辆振动噪声的研究也显得至关重要。车上距离驾驶员最近的噪声源之一就是助力转向系统，若它在转向时发出异响，驾驶员的乘坐舒适性将会受到严重影响，鉴于此，本文针对某助力转向系统产生的振动噪声进行分析研究。
2 共振频率对系统稳定性的影响分析
运用振动理论通过对助力转向系统的粘性阻尼系统的振型分析，可以得到该阵型的开环系统Bode图，如图1所示。
由于该系统是欠阻尼系统，所以在共振频率附近出现了共振，从图1可以看到Bode上出现了一个很高的共振峰。模态阻尼比大小会影响共振峰的高低，阻尼比越大，共振峰越低。模态阻尼比受阻尼系数变化的影响，如图2所示。
从图中我们可以得到，在有限范围内，模态阻尼比随阻尼的增大而增大，但不会超过0.04，故助力转向系统表现为小阻尼特性。
由图1知，在低频共振频率附近，相角滞后非常明显。当采用PI控制的电流环时，开环系统的Bode图受被控对象共振的影响，进而会影响系统稳定性。我们可以通过相位补偿对开环系统Bode图校正解决。
3 振动噪声测试分析
3.1 振动噪声测试仪器的选择及特性
（1）加速度传感器的选择
本测试系统采用压电式加速度传感器，它具有工作频带宽、体积小、重量轻、寿命长、安装方便、不易损坏等优点。其特性参数如下：
YD一12加速度传感器
①电荷灵敏度大；
②最大横向灵敏度比：1.7%；
③谐振频率：28kHz，峰值32dB
④工作温度：-40～+80℃
⑤最大可测加速度：2000m/s-2
（2）声级计的选择
HS5661型精密声级计是一种袖珍式、高精度的高声级声学测量仪器，由于采用了先进的数字检波技术，使得仪器的稳定性、可靠性大大提高。它具有动态范围大、操作方便、用途广等特点。其特性参数如下：
①传声器：Ф12.7mm（1/2″）测试电容传声器；
②频率计权：A计权、C计权；
③检波器特性：真有效值、峰值因数≥10；
④量程控制：手动，分三档，线性范围>60dB；
⑤量程范围：25dB～90dB50dB～110dB70dB～130dB。
（3）电荷放大器的使用
本测试系统我们采用电荷放大器。由于压电传感器与电压放大器搭配使用时，传感器的灵敏度对电缆长度敏感，而采用电荷放大器，在一定条件下，传感器灵敏度不受电缆长度影响。此外，测试仪器还包括采集卡、电脑、信号采集分析软件matlab等。
3.2 数据处理方法
运用Matlab对主要测试结果进行处理还原，各种激振力所产生的振动是助力转向系统的主要异响源，其中结构共振占主要。通过快速小幅度往复转动方向盘产生激励，试验得到主要部件的固有频率特性。
3.3 对振动信号的时频域分析及得出结论
（1）通过测试分析得出，使用大电机助力转向系统在发动机怠速和不运行两种工况下快速大角度转动方向盘，存在一些较大且持续一定时间的特定频率声级是产生异响的主要原因。
（2）在发动机不运行工况下快速大角度转动方向盘，所产生的异响的频率具有持续性，与有阻尼自由振动的衰减信号相似，持续变动的载荷（如摩擦或冲击）激励会引起这种振动噪声。与图1同步测量的振动信号比较，法兰盘、车身在发动机不运行工况下1200HZ异响对应的的振动信号见图3。
（3）对该助力转向系统在发动机怠速工况下快速大角度转动方向盘，在650HZ和800HZ附近产生持续异响。对同步测量的噪声、振动信号进行分析知，电机外壳和车身处分别在650HZ和800HZ附近振动相对较大，见图3。
电机转子当量转动惯量较大引起惯性力矩随之增大，是产生异响的主要原因。在发动机不运行工况下，驾驶员转动方向盘提供力矩；而在发动机怠速工况下，主要靠电动机提供输入力矩。两种工况下输入转向系统力矩的来源、方向、变化规律的不同，引起振动和噪声的频率特性不同。650HZ附近的振动和噪声不仅频率与电磁噪声基频相近，而且该频率下在电机外壳、电机减速器连接处等处振动也最大，与电磁振动的幅值分布规律相吻合。
4 总结
本文利用测试系统分析了共振频率对助力转向系统稳定性的影响，为后续对系统稳定性的控制提供了帮助，通过利用测试系统对振动信号在不同频率下的测试分析，找到了产生振动的原因，对助力转向系统的结构改进会起到一定的作用。
参考文献
[1]冯凯昉.工程测试技术.西安：西北工业大学出版社，2003
[2]焦生杰.现在筑路机械电液控制技术.北京：人民交通出版社出版，1998
[3]关景泰.机电液控制技术.上海：同济大学出版社出版，2003
作者简介
张传岭（1983.05-），男，长安大学硕士研究生，研究方向：機械电子工程。
[关键词]助力转向系统；振动；噪声
中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）11-0276-02
1 总述
目前我国工程机械进入了快速发展阶段，人们在对工程机械性能提出更高要求同时，对其舒适性也提出了更高的需求，因此车辆振动噪声的研究也显得至关重要。车上距离驾驶员最近的噪声源之一就是助力转向系统，若它在转向时发出异响，驾驶员的乘坐舒适性将会受到严重影响，鉴于此，本文针对某助力转向系统产生的振动噪声进行分析研究。
2 共振频率对系统稳定性的影响分析
运用振动理论通过对助力转向系统的粘性阻尼系统的振型分析，可以得到该阵型的开环系统Bode图，如图1所示。
由于该系统是欠阻尼系统，所以在共振频率附近出现了共振，从图1可以看到Bode上出现了一个很高的共振峰。模态阻尼比大小会影响共振峰的高低，阻尼比越大，共振峰越低。模态阻尼比受阻尼系数变化的影响，如图2所示。
从图中我们可以得到，在有限范围内，模态阻尼比随阻尼的增大而增大，但不会超过0.04，故助力转向系统表现为小阻尼特性。
由图1知，在低频共振频率附近，相角滞后非常明显。当采用PI控制的电流环时，开环系统的Bode图受被控对象共振的影响，进而会影响系统稳定性。我们可以通过相位补偿对开环系统Bode图校正解决。
3 振动噪声测试分析
3.1 振动噪声测试仪器的选择及特性
（1）加速度传感器的选择
本测试系统采用压电式加速度传感器，它具有工作频带宽、体积小、重量轻、寿命长、安装方便、不易损坏等优点。其特性参数如下：
YD一12加速度传感器
①电荷灵敏度大；
②最大横向灵敏度比：1.7%；
③谐振频率：28kHz，峰值32dB
④工作温度：-40～+80℃
⑤最大可测加速度：2000m/s-2
（2）声级计的选择
HS5661型精密声级计是一种袖珍式、高精度的高声级声学测量仪器，由于采用了先进的数字检波技术，使得仪器的稳定性、可靠性大大提高。它具有动态范围大、操作方便、用途广等特点。其特性参数如下：
①传声器：Ф12.7mm（1/2″）测试电容传声器；
②频率计权：A计权、C计权；
③检波器特性：真有效值、峰值因数≥10；
④量程控制：手动，分三档，线性范围>60dB；
⑤量程范围：25dB～90dB50dB～110dB70dB～130dB。
（3）电荷放大器的使用
本测试系统我们采用电荷放大器。由于压电传感器与电压放大器搭配使用时，传感器的灵敏度对电缆长度敏感，而采用电荷放大器，在一定条件下，传感器灵敏度不受电缆长度影响。此外，测试仪器还包括采集卡、电脑、信号采集分析软件matlab等。
3.2 数据处理方法
运用Matlab对主要测试结果进行处理还原，各种激振力所产生的振动是助力转向系统的主要异响源，其中结构共振占主要。通过快速小幅度往复转动方向盘产生激励，试验得到主要部件的固有频率特性。
3.3 对振动信号的时频域分析及得出结论
（1）通过测试分析得出，使用大电机助力转向系统在发动机怠速和不运行两种工况下快速大角度转动方向盘，存在一些较大且持续一定时间的特定频率声级是产生异响的主要原因。
（2）在发动机不运行工况下快速大角度转动方向盘，所产生的异响的频率具有持续性，与有阻尼自由振动的衰减信号相似，持续变动的载荷（如摩擦或冲击）激励会引起这种振动噪声。与图1同步测量的振动信号比较，法兰盘、车身在发动机不运行工况下1200HZ异响对应的的振动信号见图3。
（3）对该助力转向系统在发动机怠速工况下快速大角度转动方向盘，在650HZ和800HZ附近产生持续异响。对同步测量的噪声、振动信号进行分析知，电机外壳和车身处分别在650HZ和800HZ附近振动相对较大，见图3。
电机转子当量转动惯量较大引起惯性力矩随之增大，是产生异响的主要原因。在发动机不运行工况下，驾驶员转动方向盘提供力矩；而在发动机怠速工况下，主要靠电动机提供输入力矩。两种工况下输入转向系统力矩的来源、方向、变化规律的不同，引起振动和噪声的频率特性不同。650HZ附近的振动和噪声不仅频率与电磁噪声基频相近，而且该频率下在电机外壳、电机减速器连接处等处振动也最大，与电磁振动的幅值分布规律相吻合。
4 总结
本文利用测试系统分析了共振频率对助力转向系统稳定性的影响，为后续对系统稳定性的控制提供了帮助，通过利用测试系统对振动信号在不同频率下的测试分析，找到了产生振动的原因，对助力转向系统的结构改进会起到一定的作用。
参考文献
[1]冯凯昉.工程测试技术.西安：西北工业大学出版社，2003
[2]焦生杰.现在筑路机械电液控制技术.北京：人民交通出版社出版，1998
[3]关景泰.机电液控制技术.上海：同济大学出版社出版，2003
作者简介
张传岭（1983.05-），男，长安大学硕士研究生，研究方向：機械电子工程。