發動機懸置對整車振動的影響范文

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《柴油機設計與制造雜志》2016年第2期

摘要:

針對某車怠速時存在的方向盤異常振動現象進行了振動的主觀評價試驗和道路行駛振動試驗測量，結合動力總成的模態分析試驗和振動ODS試驗研究，查明了該車方向盤異常振動的原因，提出了更改發動機懸置剛度的具體的改進方案，并對改進剛度后的新懸置進行了整車選型試驗，經過對比分析，確定了新的發動機懸置剛度參數，解決了某車型方向盤異常振動的問題。

關鍵詞：

發動機;懸置;振動;模態

1前言

隨著汽車行業的發展和環保、能源問題的不斷出現，人們對小排量汽車需求不斷增加，經濟適用型轎車在汽車市場上的份額越來越多，人們對噪聲振動的關注也在日益增加，噪聲與振動將是汽車廠家和顧客最關注的指標之一。政府和顧客這兩股力量使得汽車公司對振動、噪聲等問題不斷整改，本文論述對多用途乘用車方向盤振動進行分析研究過程。[1]

2方向盤振動源排查及分析

某多用途乘用車方向盤振動問題，多次遭到用戶反映和投訴。該乘用車主要用于家庭代步用車，具有微型客車的空間、轎車的感受，額定載客7人。該車采用3缸橫置柴油機，排量0.993L。在怠速時，方向盤存在較大的抖動，整車也存在明顯的左右振動；當發動機轉速升高到1500r/min以后，振動現象消失，發動機熱機和冷機時的抖動無較大差別。在道路行駛時，在車速70km/h左右，方向盤存在較大的上下、前后、左右方向的振動，車身地板有輕微的抖動，同時有較大的車內噪聲。經過主觀評價分析，該車的方向盤的怠速抖動與發動機懸置匹配不佳有關，應該來源于發動機懸置系統的共振影響。

2.1方向盤振動測量

采用比利時LMS公司SC-305型數據采集儀，356A61型加速度傳感器，在方向盤12點方向的位置上布置加速度傳感器，測量冷機怠速和熱機怠速時方向盤的振動，從而得出冷機怠速和熱機怠速方向盤振動的抖動頻率的頻率范圍內，冷機怠速和熱機怠速方向盤的振動頻譜見圖1。由圖1可以看到，發動機怠速時，在方向盤上有2個激勵成份：發動機的點火激勵和發動機轉速的一階激勵成份。而這個1階激勵的頻率就是怠速時方向盤的抖動頻率，頻率范圍從14.8~16.8Hz。為查明怠速時方向盤的抖動原因，在發動機試驗臺架上進行發動機動力總成的模態振動形態測量。測點選擇和傳感器布置為提高模態參數的識別精度，必須合理布置激勵點和響應點的位置，最大限度地減少模態丟失。在發動機動力總成上布置了28個振動傳感器，其中發動機本體上布置12個傳感器，變速器本體上布置16個傳感器。激勵點的選擇方法是選擇幾個不同的點分別激勵，測得幾個頻響函數，比較這些頻率響應函數，選擇函數曲線清晰、光滑，在感興趣的頻率范圍內相干函數均達到0.9以上的點作為激勵點。為了盡可能準確的求解動力總成的動態特性，用于觀察發動機動力總成6個自由度的運動狀態，并用這些傳感器的位置坐標描述動力總成的外部結構。所有外力作用點，部件和結構的連接點，重要的響應點和質量集中點均應作為測點，對于剛度較弱，易產生結構振動輻射噪聲的部位測點的布置應適當密集。測點的布置應該能夠明確顯示研究頻率范圍內的結構模態振型，保證研究的關鍵點在測點范圍內。由于模態試驗的特殊要求，選擇加速度傳感器時有遵循以下原則:傳感器的動態范圍寬、工作頻段寬、低頻性能好、抗干擾能力強、靈敏度好、線性度好、體積小、質量小。傳感器的選擇和傳感器的安裝對測量結果都具有很重要的影響，安裝傳感器時應確保在具有足夠剛性且不增加結構質量的前提下，測量規定方向的真實振動信號。本試驗采用的是美國壓電（PCB）有限公司356A61加速度傳感器。在動力總成的前端布置振動ODS參考傳感器，記錄發動機怠速時的振動響應，通過數據處理得到怠速時動力總成的振動ODS圖形，見圖2。由圖2可以看到，在怠速狀態下，方向盤（以及整車左右）抖動時，發動機動力總成作俯仰振動。需要進一步對動力總成進行模態試驗分析，以確定這種振動是否為共振，尋找對應的改進措施。在整車上，對該發動機動力總成懸置系統進行模態試驗，動力總成上也同樣布置了28個振動傳感器（傳感器布置位置與圖2所示相同）。采用模態力錘的激勵方式，單點激勵，多點拾振測量方法。激勵方向：上下方向（Z）和橫向（Y）。頻率帶寬0~64Hz，頻率分辨率0.25Hz。使用LMSTest.Lab中PolyMax最小二乘復頻域（LSCF）分析得到的綜合傳遞函數曲線和模態振型，見圖3[2]。模態試驗結果描述參見表1。由動力總成的模態試驗結果可以看到，動力總成在16.07Hz存在俯仰振動模態。該模態頻率與發動機怠速轉速時的一階不平衡激勵頻率非常接近，容易被激發產生共振。該車怠速抖動時動力總成的振動ODS，與16.07Hz的模態試驗結果基本一致，因此可以斷定，該車怠速抖動是由動力總成在發動機轉速一階不平衡激勵下發生俯仰振動造成的。由于該車發動機橫置，動力總成的俯仰振動最容易造成整車抖動，因此必須對動力總成的俯仰振動模態進行控制。

3改進方案及試驗驗證

3.1改進方案的確定

由模態試驗結果看到，該車動力總成的模態頻率偏高，不利于振動的隔振。因此從振動控制的角度來看，要解決該車怠速抖動的途徑必須對懸置系統重新設計，通過對懸置剛度、角度、位置的重新匹配來達到優化的目的。由于該車結構不可改動，最終只能采用降低懸置剛度的措施，來降低動力總成的剛體模態，以避開15~16Hz的模態頻率；如果降低懸置剛度仍不能避開15~16Hz的模態頻率，就應設法將動力總成的俯仰振型變成其他形式的振型。通過計算分析，確定了三組新的發動機懸置動剛度參數，參見表2。

3.2改進方案的裝車試驗結果對比

將新設計的3個懸置裝在車輛上，并與原懸置進行對比試驗。各懸置的主觀評價對比結果：（1）原車懸置，怠速時方向盤抖動大，行駛時方向盤抖動較大；（2）方案1，怠速時方向盤抖動明顯，振動沒有改善，行駛時方向盤抖動較大；（3）方案2，怠速和行駛時，方向盤都不抖動，振動降低，行駛平穩；（3）方案3，怠速時方向盤輕微抖動，行駛時方向盤略有振感?？傮w感覺方案2效果最好，具體詳見表3。表3的模態試驗結果顯示，動力總成裝用新懸置時，雖然在15~16Hz附近依然存在動力總成的一個模態，但振型發生了變化。圖4~圖6的對比曲線顯示，該車采用方案2的懸置剛度時，其方向盤的振動最小，主觀感覺方向盤的抖動現象消失。最后確定方案2作為該車新的懸置剛度。

4結論

（1）通過對某車怠速抖動時的試驗分析，確定了發生怠速抖動的原因是由于動力總成懸置系統共振造成的，表明原車發動機懸置剛度偏大，懸置匹配不佳。

（2）通過降低發動機懸置剛度，并進行選型試驗，確定了新的發動機懸置剛度。新懸置有效降低了發動機的振動激勵，使某車怠速抖動及行駛時振動大的問題得到解決。

（3）新懸置不但解決了某車怠速抖動的質量問題，同時有利于降低發動機激勵產生的噪聲，試驗表明，新懸置對降低車內噪聲有近0.5dB的貢獻，該方案已被設計部門采納并在生產中得到了應用。

參考文獻：

[1]龐劍，諶剛，何華.汽車噪聲與振動:理論與應用[M].北京：北京理工大學出版社，2006.

[2]傅志方，華宏星.模態分析理論與應用[M].上海：上海交通大學出版社，2000.

作者:李芳 單位:上海柴油機股份有限公司