某車輛加速共振問題分析和優(yōu)化

呂孟理，盧劍偉，季明微，康海波

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

設(shè)計(jì)研究

某車輛加速共振問題分析和優(yōu)化

呂孟理，盧劍偉，季明微，康海波

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

車輛的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)是影響汽車NVH性能的重要因素之一。文章以某MPV的加速共振為研究對(duì)象，通過對(duì)車輛的加速噪音、振動(dòng)測(cè)試，確認(rèn)該車存在較嚴(yán)重加速共振問題，進(jìn)一步分析確認(rèn)加速共振與動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振有關(guān)。利用Imagine.Lab AMESim（簡(jiǎn)稱AMESim）軟件對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行建模，分析不同影響因素對(duì)對(duì)扭振的影響，最終確定優(yōu)化方案并進(jìn)行了驗(yàn)證。

傳動(dòng)系統(tǒng)；加速；扭振

Abstract:The torsional vibration of power train is one of the important factors that affect NVH. In this paper, the acceleration resonance of a vehicle is studied. The acceleration noise and vibration tests show that the vehicle has a serious acceleration resonance problem. Further analysis confirms that the acceleration resonance is related to the torsional vibration of the power train. Imagine.LabAMESim (AMESim) software is used to build a power train model, and the optimization effect of different schemes on torsional vibration is analyzed. Finally, the improvement scheme is confirmed and verified.

Keywords: power train; acceleration resonance; torsional vibration

CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-01-04

前言

車輛在行駛過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)以及路面輸入激勵(lì)都會(huì)引起傳動(dòng)系統(tǒng)的載荷變化，進(jìn)而產(chǎn)生傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。在汽車工程設(shè)計(jì)中，對(duì)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)及噪聲的控制歷來都是人們關(guān)注的重點(diǎn)，當(dāng)來自外界的干擾激勵(lì)主要是發(fā)動(dòng)機(jī)周期性扭轉(zhuǎn)激勵(lì)的頻率與動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率重合時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)共振,這將會(huì)引起車身的垂向和縱向的振動(dòng)、以及共振噪音，這些都將影響了車輛的乘坐舒適性，這就使得研究汽車傳動(dòng)系統(tǒng)扭振問題具有更為重要的意義。

1 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)的原理

圖1 動(dòng)力傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模型

發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)慣性力矩、燃燒做功的干擾力矩周期性變化是動(dòng)力傳動(dòng)系產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)共振的重要原因。車輛動(dòng)力及傳動(dòng)系統(tǒng)包含發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器、傳動(dòng)軸、后橋、車輪等。將動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)建成的集中質(zhì)量，無質(zhì)量的彈簧和阻尼扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模型如圖1所示。

根據(jù)所建立的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)扭振模型，將簡(jiǎn)化后得到的各慣性元件、彈性元件以及阻尼參數(shù)帶入下式，整理成下式所示的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)方程：

式中：

J1、J2…Jn，各轉(zhuǎn)動(dòng)件慣量，單位為(kg.m2)；

K1、K2…Kn?1,各轉(zhuǎn)動(dòng)件的扭轉(zhuǎn)剛度，單位為(Nm/rad )；

C1、C2、C3、C4…C1'、C2'、C3'阻尼系數(shù),單位（Nm.s/rad）；

θ1、θ2…θn,轉(zhuǎn)動(dòng)件的扭轉(zhuǎn)角位移，單位為（rad）；

M1、M2、M3、M4為輸入的激勵(lì)扭矩，單位為（Nm）；

2 某車輛加速共振測(cè)試分析

2.1 車輛加速共振測(cè)試傳感器布置

本次測(cè)試使用西門子LMS SCADAS Mobile便攜數(shù)采系統(tǒng)，利用LMS Test.Lab軟件進(jìn)行測(cè)試和數(shù)據(jù)分析。測(cè)試項(xiàng)目包括駕駛員右耳噪音、駕駛員座椅導(dǎo)軌骨架、傳動(dòng)軸吊掛、變速器軸承座殼體表面振動(dòng)、后橋輸入端橋殼振動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪和傳動(dòng)軸(前半軸)2階角加速度等。

2.2 車輛加速共振測(cè)試

某MPV反饋4擋加速時(shí)在1200rpm左右時(shí)，存在較為的明顯轟鳴音，并且伴隨座椅、地板的共振。在進(jìn)行NVH測(cè)試時(shí)，采用對(duì)1000rpm～3000rpm全油門加速工況進(jìn)行測(cè)試，選擇路面平整無車輛影響的良好柏油路面。

2.2.1 駕駛員內(nèi)耳噪音

圖2 駕駛員內(nèi)耳噪音彩圖

圖3 駕駛員內(nèi)耳聲壓級(jí)

通過近場(chǎng)噪音回放，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1200rpm左右，內(nèi)耳有較為明顯的轟鳴音，轟鳴音頻域范圍為 1000Hz～7000Hz左右，對(duì)比內(nèi)耳聲壓級(jí)可以明顯看到1200rpm左右噪音存在明顯峰值。

2.2.2 座椅骨架、傳動(dòng)軸吊掛、后橋輸入端殼體、變速器殼體處振動(dòng)

通過座椅骨架和傳動(dòng)軸吊掛處振動(dòng)數(shù)據(jù)，可以明顯看到在1200rpm左右有較為明顯的峰值，這與內(nèi)耳噪音趨勢(shì)非常相同，后橋輸入端殼體和變速器殼體振動(dòng)在1200rpm左右沒有明顯峰值。

圖4 傳動(dòng)軸中間吊掛振動(dòng)

圖5 駕駛員座椅導(dǎo)軌振動(dòng)

圖6 后橋輸入端殼體振動(dòng)

圖7 變速器殼體振動(dòng)

2.2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪與傳動(dòng)軸2階角加速度

圖8 飛輪、傳動(dòng)軸的2階角加速度

發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪2階角加速度在1200rpm沒有明顯峰值，傳動(dòng)軸2階角加速度在1200rpm左右有較大峰值，與傳動(dòng)軸吊掛、駕駛員座椅導(dǎo)軌振動(dòng)趨勢(shì)相符。

2.3 測(cè)試結(jié)論

通過上述振動(dòng)、噪音測(cè)試，4擋在1200rpm左右的加速轟鳴音可以確認(rèn)與傳動(dòng)軸的2階扭振動(dòng)有關(guān)，傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振導(dǎo)致了傳動(dòng)軸吊掛、座椅導(dǎo)軌的異常振動(dòng)。駕駛員內(nèi)耳噪音、傳動(dòng)軸的2階角加速度、傳動(dòng)軸吊掛以及座椅導(dǎo)軌振動(dòng)可以作為加速共振的衡量指標(biāo)。

3 車輛加速共振建模分析

3.1 整車建模

利用西門子Imagine.Lab AMESim（簡(jiǎn)稱AMESim）軟件的零部件庫(kù)，分別建立發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器、傳動(dòng)軸、后橋等再組合成為整車模型，進(jìn)而從整車系統(tǒng)上分析飛輪慣量、離合器剛度、離合器阻尼、后橋主減速比對(duì)整車加速共振的影響趨勢(shì)。

3.2 影響因素分析

本文將傳動(dòng)軸的2階角加速度作為主要研究對(duì)象，分析不同因素變化對(duì)4擋加速工況共振的影響。分析時(shí)，將各因素的偏小值（run1）、設(shè)計(jì)值（run2）、偏大值（run3）進(jìn)行對(duì)比，分析各影響因素的影響趨勢(shì)。

3.2.1 飛輪慣量的影響

?

圖9 三種飛輪慣量的傳動(dòng)軸2階角加速度

結(jié)論：發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪慣量增加將有助于減小發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1200rpm左右的傳動(dòng)軸2階角加速度。

3.2.2 離合剛度的影響

?

圖10 三種離合器剛度的傳動(dòng)軸2階角加速度

結(jié)論：離合剛度對(duì)減小發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1200rpm左右的傳動(dòng)軸2階角加速度不明顯。

3.2.3 離合阻尼的影響

?

圖11 三種離合器阻尼的傳動(dòng)軸2階角加速度

結(jié)論：離合器阻尼降低將有助于減小發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1200rpm左右的傳動(dòng)軸2階角加速度。

3.2.4 后橋速比的影響

?

圖12 三種后橋速比的傳動(dòng)軸2階角加速度

結(jié)論：后橋速比的增加將有助于減小發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 1200 rpm左右的傳動(dòng)軸2階角加速度。

4 加速共振優(yōu)化方案驗(yàn)證

4.1 加速共振優(yōu)化方案選擇

根據(jù)建模分析結(jié)論，選擇驗(yàn)證方案如下：

表1

4.2 加速共振優(yōu)化方案驗(yàn)證

本文對(duì)上述驗(yàn)證方案進(jìn)行合并驗(yàn)證，將駕駛員內(nèi)耳噪音、傳動(dòng)軸的2階角加速度、傳動(dòng)軸吊掛以及座椅導(dǎo)軌振動(dòng)作為加速共振的衡量指標(biāo)，分析優(yōu)化方案的驗(yàn)證效果。

4.2.1 駕駛員內(nèi)耳噪音

圖13 駕駛員內(nèi)耳聲壓級(jí)

結(jié)論：通過內(nèi)耳聲壓級(jí)對(duì)比，可以明顯看到1200rpm左右噪音有明顯減小。

4.2.2 座椅骨架、傳動(dòng)軸吊掛振動(dòng)

圖14 傳動(dòng)軸中間吊掛振動(dòng)

圖15 駕駛員座椅導(dǎo)軌振動(dòng)

通過座椅骨架和傳動(dòng)軸吊掛處振動(dòng)數(shù)據(jù)，可以明顯看到在1200rpm左右有較為明顯的峰值，這與內(nèi)耳噪音趨勢(shì)非常相同，后橋輸入端殼體和變速器殼體振動(dòng)在1200rpm左右沒有明顯峰值。

4.2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪與傳動(dòng)軸2階角加速度

圖16 飛輪、傳動(dòng)軸的2階角加速度

發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪2階角加速度在1200rpm峰值有較明顯減小，傳動(dòng)軸2階角加速度在1200rpm左右有明顯降低。

4.3 測(cè)試結(jié)論

上述加速振動(dòng)、噪音測(cè)試表明，通過優(yōu)化飛輪慣量、離合器剛度、離合器阻尼、后橋速比可以明顯改善該車輛的加速共振問題。

5 結(jié)論

文章通過振動(dòng)、噪音測(cè)試，確定4擋在1200rpm左右存在較為明顯共振問題，通過進(jìn)一步的分析，確認(rèn)加速共振與動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振有關(guān)。動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振導(dǎo)致了傳動(dòng)軸吊掛、座椅導(dǎo)軌的異常振動(dòng)和駕駛員內(nèi)耳噪音的明顯增大。駕駛員內(nèi)耳噪音聲壓級(jí)、傳動(dòng)軸的2階角加速度、傳動(dòng)軸吊掛以及座椅導(dǎo)軌振動(dòng)可以作為加速共振的衡量指標(biāo)。

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Analysis and optimization of a vehicle acceleration resonance

Lv Mengli, Lu Jianwei, Ji Mingwei, Kang Haibo
（AnHui JiangHuai Automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601）

U467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)18-01-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.001

呂孟理，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。