某SUV汽車油門踏板振動原因分析與解決

王麗梅，郭世輝，王海濤，李軍帥

（1.長城汽車股份有限公司 技術(shù)中心,河北 保定071000；2.河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定071000）

某SUV汽車油門踏板振動原因分析與解決

王麗梅1,2，郭世輝1,2，王海濤1,2，李軍帥1,2

（1.長城汽車股份有限公司 技術(shù)中心,河北 保定071000；2.河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定071000）

汽車油門踏板是一種與駕駛員接觸頻繁的機(jī)構(gòu)，提高其振動舒適性有利于行車安全。針對某SUV油門踏板振腳問題，應(yīng)用道路車內(nèi)振動測試、底盤測功機(jī)車內(nèi)振動測試、模態(tài)測試等手段逐一排查激勵(lì)源、傳遞路徑、響應(yīng)分析，運(yùn)用CAE手段分析油門踏板安裝點(diǎn)動剛度，發(fā)現(xiàn)IPI曲線上有異常峰值，油門踏板安裝支架加強(qiáng)后，異常峰值消失，油門踏板振動幅值降低1.4 m/s2，主觀評價(jià)腳麻感消失，最終通過優(yōu)化油門踏板安裝支架問題得以解決。

振動與波；油門踏板；IPI；安裝支架；優(yōu)化

隨著汽車行業(yè)高速的發(fā)展，人們對汽車各方面的振動也越來越關(guān)注。保持汽車振動環(huán)境的舒適性，對確保行駛安全非常重要，汽車油門踏板作為一種與駕駛員接觸頻繁的機(jī)構(gòu)，其舒適性是一項(xiàng)不可或缺的品質(zhì)指標(biāo)。

油門踏板振動大會使駕駛員感到腳麻，不利于行車安全。本文通過測試分析油門踏板振動，發(fā)現(xiàn)問題是由防火墻剛度不足局部模態(tài)共振引起，最終通過優(yōu)化油門踏板安裝支架結(jié)構(gòu)問題得以解決。

1 問題描述

某款新研發(fā)的四驅(qū)SUV，在樣車試制階段，通過主觀評價(jià)發(fā)現(xiàn)車輛在定置升速、行車加速工況下，踩踏油門過程中有振動現(xiàn)象，主觀感覺為腳麻。

2 原因分析

2.1 油門踏板振動測試

為找到振源，先對振動特性進(jìn)行分析。在油門踏板搖臂上靠近踏板處沿振動法向布置加速度傳感器，同時(shí)拾取轉(zhuǎn)速信號，測試工況為三擋部分負(fù)荷，測試結(jié)果如圖1、圖2所示。

2.2 問題分析

通過分析油門踏板振動測試結(jié)果可知：油門踏板振動幅值隨著轉(zhuǎn)速的升高而增大，3 000 r/min時(shí)振動幅值達(dá)到最大，從頻譜圖分析可得在200 Hz～320 Hz區(qū)間內(nèi)存在寬頻能量帶。NVH問題一般通過激勵(lì)源-傳遞路徑-響應(yīng)依次排查，該問題跟轉(zhuǎn)速相關(guān)，激勵(lì)源除了發(fā)動機(jī)外還有加速過程中燃油泵工作頻率，結(jié)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)依次通過以下途徑排查。

圖1 油門踏板振動曲線

圖2 油門踏板振動頻譜圖

1）燃油泵工作油管脈動通過防火墻引起油門踏板振動；

2）發(fā)動機(jī)激勵(lì)引起油門踏板本體共振；

3）發(fā)動機(jī)激勵(lì)引起防火墻局部模態(tài)共振傳到油門踏板。

2.3 油管脈動影響

為驗(yàn)證燃油泵工作油管脈動是否為引起問題的根源，需將油管與車身地板和防火墻脫離開，相當(dāng)于切斷傳遞路徑?？紤]到行車安全，在底盤測功機(jī)上對樣車進(jìn)行道路模擬試驗(yàn)。傳感器布置在油門踏板搖臂上靠近踏板處，對油門踏板進(jìn)行振動測試，采集工況為3擋部分負(fù)荷，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速從1 300 r/min升至3 500 r/min，分別采集車輛原狀態(tài)和隔離油管兩種狀態(tài)下的振動數(shù)據(jù)，測試結(jié)果如圖3所示，圖中實(shí)線為車輛原狀態(tài)數(shù)據(jù)，虛線為拆除油管后數(shù)據(jù)。

通過數(shù)據(jù)分析，兩條曲線基本重合，由此判斷油管的脈動頻率對油門踏板的振動無貢獻(xiàn)，因此排除油管的脈動頻率對油門踏板振動的影響。

2.4 油門踏板約束模態(tài)測試

圖3 拆除油管前后油門踏板振動曲線

在SUV樣車整車狀態(tài)下對油門踏板進(jìn)行模態(tài)測試，由于約束條件不同對踏板測試值影響很大，結(jié)合實(shí)際使用中油門踏板的開度，分別對0開度、1/2開度、全開三種狀態(tài)進(jìn)行測試。測試結(jié)果如圖4所示。

圖4 油門踏板不同開度下的頻響函數(shù)

由測試結(jié)果可知油門踏板0開度時(shí)1階模態(tài)值為73 Hz、1/2開度時(shí)一階模態(tài)值為106 Hz、全開時(shí)1階模態(tài)值為149 Hz，對比油門踏板振動測試數(shù)據(jù)，這三種狀態(tài)下的模態(tài)值均未與問題頻率吻合，因此排除油門踏板本體共振。

2.5 防火墻局部模態(tài)影響

油門踏板安裝支架在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中起著連接防火墻和油門踏板的作用，且屬于剛性連接，油門踏板直接懸掛安裝在踏板安裝支架上，因此車身振動通過踏板安裝支架傳遞到踏板上的可能性較大。

由于整車狀態(tài)下防火墻沒有多余空間可以布置傳感器，結(jié)合實(shí)際問題，只對油門踏板安裝處進(jìn)行防火墻局部模態(tài)測試，共布置兩個(gè)測點(diǎn)。測試結(jié)果如圖5所示。

通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)防火墻油門踏板安裝處局部模態(tài)分布較多，且在132 Hz、296 Hz處的模態(tài)與圖6中油門踏板振動頻譜圖中的能量帶頻率吻合，初步判定該問題是由防火墻上油門踏板安裝支架處剛度不足，局部模態(tài)共振引起油門踏板強(qiáng)迫振動。

3 優(yōu)化方案制定及實(shí)施

若車身防火墻剛度不足，尤其在踏板安裝處，這些局部模態(tài)很容易被激起能量放大產(chǎn)生共振，所以優(yōu)化方案方向?yàn)樘岣哂烷T踏板安裝點(diǎn)處的動剛度。

圖5 防火墻局部頻響函數(shù)

圖6 油門踏板振動測試頻譜

動剛度分析是評價(jià)車身安裝點(diǎn)NVH性能的重要方法。動剛度是結(jié)構(gòu)產(chǎn)生單位振幅所需要的動態(tài)力，表征了結(jié)構(gòu)在動態(tài)載荷下抵抗變形的能力。動剛度并不是一個(gè)常數(shù)，其對頻率的改變而變化，是頻率的函數(shù)。

對車身進(jìn)行動剛度分析時(shí)，輸入為源點(diǎn)單位力，輸出為源點(diǎn)加速度響應(yīng)，源點(diǎn)加速度曲線則稱為IPI（Input Point Inertance）曲線，IPI分析是評價(jià)車身安裝點(diǎn)NVH性能的重要方法，用于考察車身各連接點(diǎn)的局部剛度。IPI的計(jì)算公式為[3]

由IPI分析得到一個(gè)連接點(diǎn)某方向的響應(yīng)曲線，根據(jù)前面的公式可得到該點(diǎn)的動剛度Κa，如果該點(diǎn)在某個(gè)頻率的動剛度太低，IPI曲線在此處就會有一突顯峰值。

3.1 優(yōu)化油門踏板安裝支架結(jié)構(gòu)，提高安裝點(diǎn)動剛度

油門踏板安裝支架通過點(diǎn)焊剛性連接到防火墻上，支架的結(jié)構(gòu)形狀、厚度及焊點(diǎn)分布都會影響三個(gè)安裝點(diǎn)處的動剛度。

基于上述，針對油門踏板安裝支架提出優(yōu)化方案，結(jié)構(gòu)上加寬頂端、加長下端，將厚度由原來的0.8 mm增加至1.5 mm，增加并合理布置相應(yīng)的焊點(diǎn)，綜合考慮防火墻整體空間布置后優(yōu)化結(jié)構(gòu)如圖7所示。圖中三角形區(qū)域?yàn)橛烷T踏板安裝點(diǎn)，分別命名為左上安裝點(diǎn)、右上安裝點(diǎn)、下安裝點(diǎn)，圓點(diǎn)代表焊點(diǎn)位置。

圖7 油門踏板支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3.2 優(yōu)化方案CAE分析

為了縮短方案驗(yàn)證周期，先運(yùn)用CAE分析軟件進(jìn)行計(jì)算，運(yùn)用LMS Virtual Lab軟件對三個(gè)安裝點(diǎn)進(jìn)行IPI分析計(jì)算，將每個(gè)連接點(diǎn)的每個(gè)方向（X、Y、Z）的激勵(lì)載荷定義為一個(gè)載荷工況，載荷為1 N的集中力，頻率范圍為所關(guān)注的中低頻率，同時(shí)將激勵(lì)點(diǎn)定義為響應(yīng)點(diǎn)，且響應(yīng)自由度與激勵(lì)自由度相同。由于油門踏板振動法向在整車坐標(biāo)系中表現(xiàn)為X，所以我們只關(guān)注X方向的IPI曲線特征，計(jì)算結(jié)果如圖8所示，圖中實(shí)線為原始方案計(jì)算結(jié)果，虛線為優(yōu)化方案實(shí)施后計(jì)算結(jié)果。

由以上數(shù)據(jù)分析可知，優(yōu)化前兩個(gè)上安裝點(diǎn)在134.2 Hz處、下端安裝點(diǎn)在296 Hz處存在明顯的峰值，與防火墻局部模態(tài)頻率132 Hz、296 Hz吻合，進(jìn)一步驗(yàn)證了問題是由安裝點(diǎn)剛度不足引起，安裝支架優(yōu)化后三個(gè)安裝點(diǎn)X方向的IPI曲線峰值均得到削減，下端安裝點(diǎn)效果最明顯。

3.3 優(yōu)化方案實(shí)施驗(yàn)證

最終針對優(yōu)化方案制作樣件裝車，對標(biāo)桿車及優(yōu)化方案實(shí)施后車輛進(jìn)行油門踏板振動測試，測試結(jié)果對比如圖9所示，圖中粗實(shí)線為原始狀態(tài)油門踏板振動曲線，虛線為標(biāo)桿車油門踏板振動曲線，細(xì)實(shí)線為優(yōu)化方案實(shí)施后油門踏板振動曲線。

同時(shí)對優(yōu)化方案進(jìn)行主觀評價(jià)，驗(yàn)證方案的可行性及優(yōu)化效果，主觀感覺行車加速過程中腳麻感消失，結(jié)合測試數(shù)據(jù)，充分驗(yàn)證了優(yōu)化方案的改善效果。

圖8 IPI計(jì)算結(jié)果

圖9 優(yōu)化前后油門踏板振動數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

通過“源-路徑-響應(yīng)”的思路，排查到油門踏板的振腳現(xiàn)象是由防火墻在油門踏板安裝處剛度不足引起局部模態(tài)共振，通過優(yōu)化油門踏板安裝支架問題得以解決。

優(yōu)化過程中運(yùn)用到了CAE分析手段，結(jié)合車身安裝點(diǎn)動剛度分析，利用LMS Virtual Lab軟件對車身防火墻上油門踏板三個(gè)安裝點(diǎn)進(jìn)行IPI分析，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后IPI曲線上突出峰值頻率處幅值得以削減，然后對優(yōu)化后的方案進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，油門踏板振動法向上振動幅值有了明顯的降低，主觀評價(jià)腳麻感消失，最終驗(yàn)證了優(yōu)化方案的有效性及可行性。

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CauseAnalysis of Vibration of an SUVAccelerator Pedal and Its Solution Strategy

WANG Li-mei,GUO Shi-hui,WANG Hai-tao,LI Jun-shuai

（1.R&D Center of Great Wall Motor Company,Baoding 071000,Hebei China; 2.Automotive Engineering Technical Research Center,Baoding 071000,Hebei China）

∶Accelerator pedal of the vehicle is a mechanism used frequently by drivers,and its comfort is immediately related to driving safety.In this paper,the vibration of an SUV accelerator pedal was analyzed.The internal vibration test and the modal test of the vehicle on road with chassis dynamometer were conducted to analyze the excitation source, transmission path and the response.The dynamic stiffness at the installation points of the accelerator pedal was simulated by means of CAE.Some abnormal peak values were found on IPI curve,but they disappeared after strengthening the installation bracket of the pedal.The test result shows that after optimizing the bracket installation of the pedal,the vibration amplitude of the accelerator pedal is reduced by 1.4m/s2,and the vibration of the pedal disappears according to subjective evaluation.

∶vibration and wave;acceletator pedal;IPI;installation bracket;optimization

O422.6< class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI編碼：

10.3969/j.issn.1006-1335.2014.06.051

1006-1355(2014)06-0232-04

2014-03-11

王麗梅（1988-），女，山西呂梁人，學(xué)士，助理工程師，主要研究方向：汽車車身振動控制。

E-mail∶meizi1204@126.com