汽车铝合金车轮固有频率测试方法研究

毛秋仙，朱文婧，薛海东

（1.浙江万丰奥威汽轮股份有限公司，浙江 绍兴 312500；2.宁波奥威尔轮毂有限公司，浙江 宁波 315800）

汽车作为现代交通和代步工具，已不仅仅局限于整车的安全性，对乘坐舒适性和行驶稳定性的要求也越来越高。车轮的固有频率与路面载荷的关联作用是产生路面噪声和振动的重要影响因素，对整车行驶的平稳性将产生很大的影响，进而影响乘坐的舒适性，甚至会对整车产生破坏性损伤。所以，控制车轮的固有频率，特别是固有频率的合理取值区间是汽车厂和车轮生产商共同关注的问题[1]。

目前，国外的主要汽车厂都有车轮固有频率的相关测试方法，国内的汽车厂也已纷纷开始研究车轮的固有频率测试方法。车轮固有频率测试方法的研究，将有利于车轮生产商进行产品测试，提高产品性能，促进整车NVH性能的提高。

通过研究表明，影响车轮固有频率的主要因素有材料（弹性模量和密度）、约束情况（有约束和无约束）、结构等[1]。所以在实际测试时，需明确具体的约束情况。以下研究是基于车轮在不同约束情况下的不同振型和频率所做的测试与分析对比。

1 固有频率的几种测试方式

目前，车轮固有频率的主要测试方式有：采用法兰盘刚性约束测试方式和自由条件下的无约束测试方式，其中无约束条件下测试方式主要有橡皮筋悬吊方式和海绵垫方式。

测试采用一种振动测量仪和测量分析系统，法兰盘刚性约束方式是以（110±10）Nm的螺栓扭矩将车轮固定在刚性约束装置上，橡皮筋悬吊方式是用橡皮筋穿过轮辐将车轮悬吊起来，海绵垫方式是直接将车轮放置到海绵垫上。本实验采用了双向传感器，在车轮的轮辐或轮辋上分别以180度对称的方式布置双向传感器，采用塑料锤头锤击测试点（激励点），再从感应点读取测试的频率值。

2 不同约束情况的测试分析对比

实验分别在刚性约束条件与无约束条件下进行测试对比、无约束下的橡皮筋悬吊方式和海绵垫方式进行测试对比。为方便测试，本次实验只取了一阶和二阶频率。

2.1 刚性约束条件与无约束条件下的测试对比

实验抽取了8款不同规格、不同结构的具有代表性的铝车轮，分别在刚性约束条件下和橡皮筋悬吊下，采用相同的测试仪和测试程序，在相同部位进行测试对比，结果如表1。选取实验中1#轮子的3D模型，分别进行了刚性约束模态和自由模态的分析对比，结果如下：

图2 刚性约束模态与自由模态对比

表1 刚性约束与橡皮筋悬吊试验对比

由以上实验对比和模态分析对比可以看出：

（1）刚性约束条件下的一阶、二阶频率，对应的可能是轮辋径向振型频率，也可能是轮辐盘面扭转振型频率，由车轮的结构决定。

（2）刚性约束条件与自由条件下的频率振型不同，两者无对应关系。

2.2 无约束条件下 （海绵垫与橡皮筋悬吊）的测试对比

实验抽取了10款不同规格、不同结构的具有代表性的铝车轮，分别在海绵垫方式和橡皮筋悬吊方式下进行对比实验。结果如表2。

表2 海绵垫与橡皮筋悬吊试验对比

图3 海绵垫与橡皮筋悬吊一阶段对比

图4 海绵垫与橡皮筋悬吊二阶段对比

由以上实验对比可以看出：自由条件下的不同测试方式，测试的结果基本相同。

3 结论

（1）刚性约束条件与自由条件下的振动频率没有对比性，给出车轮固有频率时必需同时给出对应的约束情况；

（2）自由条件下的不同测试方式，可以相互替代；

（3）频率值是与振型相对应的，给出频率值时，需明确是哪种振型下的频率值。