趙春 鄭軍 王弘巖 張志銘 李虎 金磊

（眾泰汽車工程研究院）

汽車的NVH性能直接影響乘客的舒適度[1-2]。汽車抖動(dòng)一般來源于發(fā)動(dòng)機(jī)和路面激勵(lì)，車身結(jié)構(gòu)模態(tài)和傳動(dòng)系統(tǒng)也會影響激勵(lì)力的大小，例如驅(qū)動(dòng)橋內(nèi)齒輪嚙合產(chǎn)生抖動(dòng)以及路面激勵(lì)車身抖動(dòng)等。按照激勵(lì)方式的不同，可分為發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)抖動(dòng)、傳動(dòng)系統(tǒng)抖動(dòng)、車身左右抖動(dòng)、車身不平順性抖動(dòng)及車輪抖動(dòng)等。文章重點(diǎn)講述某車型在怠速工況下，由于動(dòng)力總成剛體模態(tài)共振引起座椅抖動(dòng)問題的試驗(yàn)診斷過程，并通過重新匹配懸置系統(tǒng)使問題得以解決。診斷過程中，采用的頂變速箱、發(fā)動(dòng)機(jī)施加附重等措施，能快速有效地判斷懸置系統(tǒng)與車內(nèi)噪聲振動(dòng)的關(guān)聯(lián)性。

1 問題描述

某車型在怠速不帶載（發(fā)動(dòng)機(jī)在750 r/min轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，無其他附件和電器工作）工況，座椅存在抖動(dòng)問題，嚴(yán)重影響駕駛員的舒適性。當(dāng)空調(diào)開啟，即怠速帶載（發(fā)動(dòng)機(jī)在850 r/min轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，鼓風(fēng)機(jī)在1擋，壓縮機(jī)啟動(dòng)，迎面風(fēng)，內(nèi)循環(huán)）工況，座椅振動(dòng)較好，幾乎不存在抖動(dòng)現(xiàn)象。

在座椅導(dǎo)軌上布置加速度傳感器，分別采集怠速不帶載和怠速帶載工況的振動(dòng)信號，數(shù)據(jù)顯示，怠速不帶載相較怠速帶載工況，座椅存在19.1 Hz左右的振動(dòng)峰值，如圖1所示。結(jié)合主觀評價(jià)，綜合分析，怠速不帶載工況的座椅抖動(dòng)對應(yīng)頻率即為19.1 Hz。

圖1 某車型怠速工況下的座椅振動(dòng)譜圖

2 原因診斷分析

19.1 Hz非發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火頻率，且3個(gè)懸置主、被動(dòng)端的振動(dòng)均存在該振動(dòng)峰值，懸置隔振性能較好。根據(jù)上述客觀數(shù)據(jù)和主觀評價(jià)，初步判斷，該抖動(dòng)問題由動(dòng)力總成剛體模態(tài)共振引起。

該車型動(dòng)力總成橫置，質(zhì)量為142 kg左右，通過3個(gè)懸置支撐在車身和副車架上。其中變速箱懸置和后懸置為橡膠懸置，發(fā)動(dòng)機(jī)懸置為液壓懸置。動(dòng)力總成剛體模態(tài)的影響因素有很多，動(dòng)力總成質(zhì)量、質(zhì)心位置、懸置布置位置及懸置剛度等都會對動(dòng)力總成剛體模態(tài)帶來較大影響。故排查問題和優(yōu)化問題主要從以上影響因素著手。

2.1 改變懸置振動(dòng)傳遞特性

使用千斤頂將變速箱略微上抬（以下簡稱措施1），用以改變變速箱懸置的力的傳遞特性，同時(shí)對動(dòng)力總成的姿態(tài)也會有一定影響。此時(shí)，在怠速不帶載工況，主觀評價(jià)座椅振動(dòng)較好，抖動(dòng)現(xiàn)象消失?？陀^數(shù)據(jù)表現(xiàn)同樣特性，如圖2所示，當(dāng)采用措施1后，座椅X向的19.1 Hz振動(dòng)峰值基本消除。撤去變速箱下的千斤頂后，座椅抖動(dòng)又重新出現(xiàn)。

圖2 采用千斤頂方式前后的汽車座椅振動(dòng)譜圖

2.2 改變動(dòng)力總成振動(dòng)特性

由于動(dòng)力總成剛體模態(tài)與其質(zhì)量有很大關(guān)聯(lián)，故在動(dòng)力總成上方施加12 kg的沙袋附重（以下簡稱措施2）用以確認(rèn)問題。試驗(yàn)同樣采用A—B—A的方式反復(fù)驗(yàn)證，當(dāng)動(dòng)力總成施加附加質(zhì)量后，主觀評價(jià)抖動(dòng)現(xiàn)象消失，對應(yīng)的19.1 Hz振動(dòng)峰值也基本消除，如圖3所示。

圖3 動(dòng)力總成施加附加質(zhì)量前后的座椅振動(dòng)譜圖

2.3 動(dòng)力總成剛體模態(tài)試驗(yàn)

以上2種診斷措施都說明座椅抖動(dòng)問題與動(dòng)力總成相關(guān)。為了驗(yàn)證上述診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須進(jìn)行整車狀態(tài)下動(dòng)力總成的剛體振動(dòng)模態(tài)試驗(yàn)。本次剛體模態(tài)試驗(yàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱上布置16個(gè)測點(diǎn)，為了完全得到動(dòng)力總成的6個(gè)剛體模態(tài)，在動(dòng)力總成上選取2個(gè)傾角激勵(lì)，即傳動(dòng)半軸與變速箱連接處斜向和發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋右前上角斜向2點(diǎn)激勵(lì)。采用互功率譜和自功率譜計(jì)算頻響函數(shù)，50次平均，然后使用MIMO下特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)算法進(jìn)行模態(tài)分析[3-6]，通過振型分辨及模態(tài)驗(yàn)證后，得到整車狀態(tài)下動(dòng)力總成剛體模態(tài)參數(shù)，如表1所示。

表1 動(dòng)力總成剛體模態(tài)參數(shù)

從表1得知，動(dòng)力總成存在19.8 Hz的繞Z向轉(zhuǎn)動(dòng)的剛體模態(tài)頻率，與車內(nèi)的抖動(dòng)頻率基本對應(yīng)。從而也驗(yàn)證了上述2種措施用于排查問題的有效可行性。綜上所述，怠速不帶載工況，引起座椅抖動(dòng)問題的根本原因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)動(dòng)力總成剛體模態(tài)共振產(chǎn)生抖動(dòng)，并通過懸置傳遞至車身。

3 優(yōu)化改善

由于該車型已處于設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)基本定型。受發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)空間限制，結(jié)合動(dòng)力總成轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測試結(jié)果，通過改變懸置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、調(diào)整懸置位置和安裝角度等措施來改善動(dòng)力總成剛體模態(tài)共振問題的可行性不大[7-9]，且改善效果不一定有效。綜合上述的客觀因素，考慮可通過調(diào)整各懸置主方向的剛度參數(shù)來優(yōu)化匹配動(dòng)力總成剛體模態(tài)。懸置參數(shù)優(yōu)化，如表2所示。

表2 優(yōu)化前后的懸置剛度值N/mm

從表2可以看出，優(yōu)化后，各個(gè)懸置動(dòng)剛度有所降低。然后在怠速不帶載工況下對該車型進(jìn)行振動(dòng)測試和主觀評價(jià)，用以驗(yàn)證和評估調(diào)整懸置剛度后的座椅抖動(dòng)問題的改善效果。測試結(jié)果，如圖4所示。

圖4 懸置優(yōu)化前后的座椅振動(dòng)譜圖

從圖4可以看出，裝載懸置優(yōu)化方案后，座椅的19.1 Hz振動(dòng)峰值基本消除，且3個(gè)方向的25 Hz振動(dòng)峰值也有較大的改善，主觀評價(jià)座椅振動(dòng)良好，不存在任何抖動(dòng)現(xiàn)象。后期又經(jīng)過3萬km強(qiáng)化耐久試驗(yàn)，沒有出現(xiàn)任何異常，最終將該懸置優(yōu)化方案作為懸置定型方案。

4 結(jié)論

文章主要針對動(dòng)力總成剛體模態(tài)引起的座椅抖動(dòng)問題，采用頂變速箱、發(fā)動(dòng)機(jī)加附重等措施來判斷問題根源，并通過動(dòng)力總成剛體模態(tài)試驗(yàn)加以驗(yàn)證，最終通過重新匹配懸置系統(tǒng)，從而解決了怠速不帶載工況下的座椅抖動(dòng)問題。其中，頂變速箱法和發(fā)動(dòng)機(jī)加附重法屬于試錯(cuò)法的工程應(yīng)用，可廣泛應(yīng)用于排查和確認(rèn)懸置系統(tǒng)的振動(dòng)特性與車內(nèi)噪聲振動(dòng)的關(guān)聯(lián)性，尤其是靜態(tài)試驗(yàn)，包括怠速工況的階次振動(dòng)。同樣，頂變速箱法可衍伸至頂發(fā)動(dòng)機(jī)，用以改變發(fā)動(dòng)機(jī)懸置振動(dòng)的傳遞特性。

該研究成功排查確認(rèn)了抖動(dòng)問題的根本原因并加以解決，但仍然存在不足之處。優(yōu)化懸置剛度后，并未對動(dòng)力總成剛體模態(tài)重新進(jìn)行試驗(yàn)，確認(rèn)其模態(tài)頻率及振型的變化情況，故仍然沒有明確重新匹配懸置剛度解決抖動(dòng)問題究竟是由于動(dòng)力總成剛體模態(tài)發(fā)生變化還是由于懸置系統(tǒng)隔振性能增加的結(jié)果，后期有待試驗(yàn)確認(rèn)。文章希望通過該診斷經(jīng)驗(yàn)，在排查懸置系統(tǒng)與車內(nèi)噪聲振動(dòng)的關(guān)聯(lián)性方面提供一定的參考。