某乘用車踏板振動優(yōu)化控制研究

周立廷，王暉，宮少琦，鄭福維，郭風(fēng)晨

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某乘用車踏板振動優(yōu)化控制研究

周立廷，王暉，宮少琦，鄭福維，郭風(fēng)晨

（華晨汽車工程研究院NVH工程室，遼寧 沈陽 110141）

針對某乘用車加速踏板強(qiáng)烈振動問題，通過對動力總成激勵源和振動傳遞路徑的系統(tǒng)分析，同時結(jié)合局部結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的驗證結(jié)果，明確相關(guān)系統(tǒng)對踏板抖動的影響，確定引起踏板抖動問題的根源。通過采取可行的結(jié)構(gòu)局部優(yōu)化措施，明顯改善了關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性，有效的解決了加速踏板抖動問題。同時確定了合理的相關(guān)系統(tǒng)控制目標(biāo)，為此類問題正向開發(fā)和前期控制提供依據(jù)。

汽車；踏板振動；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；動剛度

前言

駕乘舒適性作為NVH性能的重要一部分，是汽車設(shè)計開發(fā)的一項關(guān)鍵性能指標(biāo)。油門及制動踏板作為汽車的操控機(jī)構(gòu)，是駕駛者行車過程中接觸最為頻繁的部件之一，其振動水平會直接影響整車的駕乘舒適性[1][2]。如果踏板機(jī)構(gòu)存在明顯的抖動問題，是最容易被駕駛者感知和抱怨的，同時容易造成駕駛疲勞，進(jìn)而影響駕駛的安全性。因此對踏板振動問題進(jìn)行控制就顯得尤為必要[3]。

以某研發(fā)車型2500rpm左右加速踏板存在強(qiáng)烈振動問題為例，通過對激勵源和傳遞路徑系統(tǒng)分析，確定引起踏板抖動問題的根源。并在此基礎(chǔ)上確定了合理的系統(tǒng)控制目標(biāo)，為此類問題正向開發(fā)和前期控制提供依據(jù)，同時也為解決其他車內(nèi)振動問題提供了借鑒和參考。

1 踏板系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

踏板系統(tǒng)通常通過支架固定在防火墻或前地板上。造成踏板抖動的激勵源主要來自于發(fā)動機(jī)的二階往復(fù)慣性力[4]。由結(jié)構(gòu)特征分析踏板振動傳遞路徑是通過懸置系統(tǒng)，經(jīng)過左右縱梁以及前副車架，最終傳遞至前地板、防火墻和踏板支架（如圖1所示）。由于這些路徑主要都是結(jié)構(gòu)件，因此對車身結(jié)構(gòu)的NVH性能要求是控制踏板抖動問題的重要措施。同時發(fā)動機(jī)激勵源的振動水平和懸置系統(tǒng)的隔振性能也是影響踏板抖動問題的重要影響因素。

圖1 踏板振動主要激勵傳遞路徑

2 踏板振動測試分析

研究對象為某研發(fā)車型，車況良好，主觀評價該車型發(fā)現(xiàn)在2500rpm左右加速踏板有強(qiáng)烈振腳感，容易引起客戶抱怨，主觀不可接受，急需優(yōu)化解決。

2.1 踏板振動測試

針對該問題進(jìn)行客觀測試，結(jié)合之前分析對相關(guān)部件進(jìn)行測試。測點包括動力總成本體振動，懸置系統(tǒng)隔振，以及副車架，防火墻，踏板支架和踏板本體振動。測試工況為2檔，3檔全加速。

2.2 測試結(jié)果分析

1）發(fā)動機(jī)本體振動

圖2為發(fā)動機(jī)本體振動測試結(jié)果，研發(fā)車型與競品車型發(fā)動機(jī)本體振動水平基本一致，全階與2階振動幅值與目標(biāo)車型相當(dāng)，發(fā)動機(jī)主要激勵研發(fā)車型不高于競品車，說明盡管研發(fā)車型存在踏板抖動問題，但不是因發(fā)動機(jī)激勵源過大造成的。

圖2 發(fā)動機(jī)本體振動

2）懸置系統(tǒng)隔振性能

圖3 懸置系統(tǒng)隔振結(jié)果

圖3為懸置系統(tǒng)隔振測試結(jié)果，對比該研發(fā)車型與競品車型懸置系統(tǒng)2階隔振性能，盡管懸前懸后振動幅值存在一定差異，但主要激勵方向發(fā)動機(jī)X向和Z向隔振量均達(dá)到20dB，而且在引起踏板抖動的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)車身側(cè)振動沒有出現(xiàn)明顯峰值，由此可以確定踏板抖動問題并不是由懸置隔振性能差導(dǎo)致的。

3）主要結(jié)構(gòu)件動態(tài)特性

對車內(nèi)響應(yīng)點踏板振動數(shù)據(jù)進(jìn)行時頻分析，在踏板抖動問題出現(xiàn)轉(zhuǎn)速區(qū)域與加速踏板X向振動相關(guān)（Y向、Z向并無明顯振動峰值，如圖4所示），發(fā)動機(jī)2階振動與83Hz共振帶的疊加導(dǎo)致在2500rpm左右的振動峰值。由于發(fā)動機(jī)2階激勵和懸置系統(tǒng)的2階隔振均達(dá)到同級別車型的性能目標(biāo)要求，因此確定83Hz共振帶的來源成為解決這一問題的關(guān)鍵。

圖4 踏板振動時頻譜圖

對比各結(jié)構(gòu)件振動測試數(shù)據(jù)，83Hz共振帶在防火墻X向、踏板支架X向和加速踏板X向均存這一特征（如圖5所示），而且這些部件彼此相連，同時振幅基本一致，說明這些部件在這一頻率下有相同的工作模態(tài)。因為踏板和支架均固定在防火墻上，由此推斷該模態(tài)為防火墻X向彎曲模態(tài)的影響，導(dǎo)致在受到激勵時踏板支架和踏板隨著防火墻一起振動。

圖5 主要結(jié)構(gòu)件振動時頻譜圖

為驗證該模態(tài)是否為防火墻彎曲模態(tài)以及防火墻動剛度水平，對該車型防火墻進(jìn)行模態(tài)與動剛度測試。測試的頻響函數(shù)結(jié)果如圖6所示，防火墻、踏板和踏板支架在83Hz頻響函數(shù)均存在峰值，而且由相位信息可以確定該頻率為結(jié)構(gòu)模態(tài)，通過陣型識別確定該頻率為防火墻彎曲模態(tài)。同時測得的動剛度曲線如圖7所示，相對于競品車防火墻動剛度水平，研發(fā)車型的動剛度較低，導(dǎo)致在該頻率下出現(xiàn)防火墻X向的模態(tài)，使踏板出現(xiàn)明顯抖動。

通過對踏板抖動問題整車激勵源及路徑和車內(nèi)響應(yīng)的全面測試及分析，確定了研發(fā)車型踏板抖動問題的關(guān)鍵是主要結(jié)構(gòu)部件防火墻的縱向動剛度不足產(chǎn)生的局部模態(tài)導(dǎo)致的，而發(fā)動機(jī)的二階激勵和懸置系統(tǒng)的二階隔振均達(dá)到系統(tǒng)級目標(biāo)要求，并不是造成踏板抖動的主要影響因素。

圖6 防火墻、踏板與支架FRF曲線

圖7 防火墻X向動剛度曲線

3 優(yōu)化措施及驗證

針對防火墻縱向動剛度不足的問題，需要采取防火墻局部結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方案。通常的結(jié)構(gòu)優(yōu)化思路是結(jié)合防火墻彎曲模態(tài)的陣型，在防火墻局部加筋來抑制縱向的彎曲振動。對于該研發(fā)車型防火墻結(jié)構(gòu)類似于蝶形，其中部下邊緣由于中通道支撐作用縱向剛度相對較大，防火墻上邊緣借助cowl的結(jié)構(gòu)縱向剛度也比較大，因此在這兩處剛度大的結(jié)構(gòu)間增加筋結(jié)構(gòu)，可以有效的擴(kuò)展高剛度區(qū)域，大大提升防火墻縱向動剛度，具體的優(yōu)化結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 防火墻局部優(yōu)化結(jié)構(gòu)

優(yōu)化后防火墻縱向動剛度相對于基態(tài)有明顯提升，由338N/mm提高至550N/mm，與競品車防火墻縱向動剛度水平基本一致，測試結(jié)果如圖9所示。

圖9 優(yōu)化后防火墻X向動剛度曲線

在此基礎(chǔ)上對整車加速工況踏板振動進(jìn)行驗證，測點及工況與基態(tài)保持一致。防火墻局部結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，防火墻縱向在83Hz左右的共振帶有明顯減弱，與此頻帶相交2階振動峰值有明顯降低，由50mg降低至32mg左右，測試結(jié)果如圖10所示。同時加速踏板縱向振動也有明顯改善，在2500rpm左右振動峰值由58mg降低至25mg左右（如圖11），主觀評價該轉(zhuǎn)速下踏板抖動現(xiàn)象基本消失，主觀評價可以接受。

圖10 優(yōu)化前后防火墻縱向振動

圖11 優(yōu)化前后加速踏板縱向2階振動

4 結(jié)論

針對某研發(fā)車型加速踏板2500rpm左右強(qiáng)烈振動問題，通過對主要激勵源和傳遞路徑系統(tǒng)分析，包括懸置系統(tǒng)隔振性能，主要結(jié)構(gòu)部件動態(tài)特性等。確定問題的根本原因是防火墻縱向動剛度低，從而導(dǎo)致在該頻率下防火墻帶動踏板產(chǎn)生強(qiáng)烈的縱向振動。通過對防火墻結(jié)構(gòu)合理的局部優(yōu)化，提升了防火墻縱向動剛度水平，使在問題頻率下的防火墻縱向振動得到了抑制，從而使整車踏板抖動問題得到了解決。為此類問題的解決提供了思路和經(jīng)驗參考。此外，在相關(guān)系統(tǒng)及零部件的分析中，確定了合理的系統(tǒng)控制目標(biāo)，為此類問題的正向開發(fā)和前期優(yōu)化控制提供了依據(jù)。

[1] 王麗梅,郭世輝,王海濤等.某SUV汽車油門踏板振動原因分析與解決.噪聲與振動控制[J]2014,34（6）:232-235.

[2] 郭夢夢,趙福全,楊安志等.離合踏板振動分析與優(yōu)化.農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程.2012,50（7）:45-46.

[3] 吳超群,汪三龍,徐進(jìn)等.國產(chǎn)自主品牌汽車車內(nèi)噪聲的識別與控制.噪聲與振動控制[J].2012,17（4）:92-93.

[4] 李志春,李佩林,何翠群.對汽車油門踏板振動的試驗研究.南昌水專學(xué)報[J].2004,23（4）:53-54.

[5] 龐劍,諶剛,何華.汽車噪聲與振動理論與應(yīng)用.北京:北京理工大學(xué)出版社,2006.

Research onControl of Vehicle Pedal Vibration

Zhou Liting, Wang Hui, Gong Shaoqi, Zheng Fuwei, Guo Fengchen

( Brilliance Automotive Engineering Research Institute NVH Section, Liaoning Shenyang 110141 )

In this paper, according to the strong vibration of the acceleration pedal at 2500rpm of a passenger vehicle, by analyzing the excitation source and the transfer path system, combining with the verification results of the structure dynamic characteristics, the influence of the related system on the pedal vibration is clarified, and the root causes of the pedal vibration problem is identified. By adopting feasible structural optimization measures, the dynamic characteristics of the key structures are obviously improved, and the problem of pedal vibration is effectively solved. At the same time, the reasonable control target of related system is determined, which provides the basis for the forward development and early control of this kind of problems.

Automobile;Pedal Vibration;Structure Optimization;Dynamic stiffness

A

1671-7988(2019)03-82-03

U467.2

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1671-7988(2019)03-82-03

U467.2

周立廷，工程師，就職于華晨汽車工程研究院，研究方向為汽車NVH性能優(yōu)化控制。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.03.024