汽車共振問題分析

郝志誠

廣州廣電計量檢測股份有限公司長春分公司 吉林長春 130000

汽車的行駛平順性是指汽車在一定的速度范圍內行駛時，能夠保證駕駛員與乘客不會因汽車在行駛過程中所產生的振動和沖擊，而引起不舒服、疲勞的感覺，以及保持運送貨物完整無損的性能。來自汽車自身的振動，會直接影響汽車的運輸速度，降低運輸效率，其次，隨著振動而產生的動載荷，也會在一定程度上加速對汽車零部件的磨損，甚至降低整車的使用壽命，影響了駕駛的舒適性。

1 現(xiàn)場分析

對異常傳出位置進行判定，主要是從變速箱后第一節(jié)傳動軸中發(fā)生異常聲響，對換擋加速轉速進行分析。結合故障發(fā)生具體現(xiàn)象，相關技術人員要選取故障排除措施，但是此類故障未能全面消除。技術人員要對傳動軸動平衡進行分析，對動齒輪間隙進行探查，及時更換加強版?zhèn)鲃虞S，相同車型傳動軸之間能相互交換，選取相應材料對傳統(tǒng)軸進行包裹，在傳動軸中要添加相應的填充材料。針對故障采取排除控制措施之后，要對傳動系統(tǒng)采取專項測試檢驗，對噪聲信號、轉速變動波動信號等進行分析。通過試驗初步判定產生異響主要問題是傳統(tǒng)系統(tǒng)扭轉共振[1]。

2 模態(tài)分析

載貨車高壓管路是連接氣瓶到減壓器之間的供氣管路。本文所述型號載貨車，其氣瓶組位于載貨車后車門（下客門）上方車頂處，管路為壁厚1mm、外徑為8mm的不銹鋼管，該鋼管泊松比為0.29，彈性模量為19.3GPa，密度為8030kg/m3。管路實際走向從氣瓶組的管路匯合處開始，平行于車頂向后布置到后車門前框，然后垂直向下直達車底板平面下方，再沿車底板梁框架到達減壓器，管路總長10.9m，沿實際走向從氣瓶組到減壓閥共轉彎10次，分為11個小段。構建有限元三維模型時，為便于計算和收斂，需將供氣系統(tǒng)上的部分零部件的安裝特點及布局進行簡化處理。其中，從力學特征上看，可將氣門閥、三通閥、過流保護閥以及減壓器處理成個固定約束，可等同于固定供氣管路的作用。該CNG載貨車沿高壓供氣管路布置了13個“U”形固定管夾，通過螺栓將高壓管路固定在底盤上，約束強度足夠，在建模時，可將這13個固定管夾處理成貼合在高壓供氣管路上的光滑圓柱體，該圓柱體質量和尺寸等效于原“U”形管夾。管路有限元模型中的走向、長度均按以上實際布局建立，各固定點處約束的邊界條件設置為全自由度的固定約束。論文所研究的CNG載貨車采用了六缸四沖程發(fā)動機，其額定轉速及怠速分別為2200r/min、600r/min，根據(jù)汽車理論計算可得，該發(fā)動機激勵頻率范圍為30-110Hz，這也是文章重點分析的頻率范圍。模態(tài)分析旨在為系統(tǒng)的振動特性及動力學優(yōu)化設計提供理論依據(jù)。論文所關注的是管路安裝在汽車上的預應力條件下低階模態(tài)頻率和振型，因此，對管路有限元模型設定為工作環(huán)境下的全自由度的固定約束[2]。

3 計算工況

當前對傳動系統(tǒng)進行有效匹配能對共振問題進行有效控制，對過去傳動系統(tǒng)模態(tài)進行全面優(yōu)化，能對扭轉共振進行控制，降低各項影響。結合問題發(fā)生具體現(xiàn)象，可以在5擋基礎上進行優(yōu)化計算，將不同變量都設為1，確定相對取值范圍。對表1相關數(shù)據(jù)分析可知，當前為了保障傳動系統(tǒng)扭轉振動固有頻率能有效控制，可以應用調節(jié)離合器扭轉減震器剛度措施。還能應用擴大動盤慣量、變速器輸出軸總成慣量，對左右半軸基本剛度進行控制。在離合器基本扭轉減震器剛度保持不變狀態(tài)下，可以結合變量趨勢對靈敏度進行分析，獲取系統(tǒng)基本頻率。將低離合器扭轉減振器剛度進行適度控制，能獲取系統(tǒng)基本固化頻率。

4 改進方案

在管路所承受的內外部振動激勵無法改變的條件下，為了避免其疲勞損壞，增強管路的使用穩(wěn)定性，改善NVH性能，可通過研究管路的約束、結構（內徑、壁厚、走向）的變化對固有頻率的影響規(guī)律，從而得到一個合適的改進方案。對于高壓管路來說，管道內徑會直接影響到供氣流場，管路走向受整車實際結構約束，可調性很小，管路壁厚的調整涉及到整個管路的更換及其與車身的再次匹配。根據(jù)高壓管路模態(tài)分析結果可知，原管路系統(tǒng)的約束點位置與模態(tài)振型的節(jié)點位置存在較大差異，布局不夠合理。基于以上分析，兼顧到優(yōu)化方案的經濟性、可行性原則，以管路約束點位置作為研究對象，研究其優(yōu)化方案[3]。

從發(fā)動機外特性曲線中能獲取相關信息，在保持穩(wěn)定加速以及長時期勻速行駛，發(fā)動機基本輸出扭矩不會超出規(guī)定范圍值，所以對后續(xù)沖擊工況能起到重要的保護作用。總而言之，將離合器進行全面優(yōu)化設計之后，對傳動系統(tǒng)扭轉振動進行分析，在全新的離合器方案中能有效降低傳動系統(tǒng)基本共振頻率，怠速模態(tài)以及主減振模態(tài)處于相應運行狀態(tài)中，全新的扭轉減振性能設計更加科學化。最后要對之前存在傳動系統(tǒng)異響的樣車進行改造，然后添加相應離合器，對不同工況進行試驗，對比不同測量時期傳動軸噪聲基本變化情況，整合變化趨勢以及相關數(shù)據(jù)。在汽車5擋加速工況中，當傳動軸產生異常聲響問題之后，對離合器進行改進，能促使傳動軸的噪聲逐步降低，整輛車經過一段時間運行無任何異響問題。

5 結語

制定對應的改進措施，對轉速系統(tǒng)整體模態(tài)深入分析，對變速器不同檔位變化情況進行探究，使得離合器扭轉剛度設計更加規(guī)范，相關人員要對剛度進行記錄，對不同模態(tài)頻率變化情況進行分析。對傳動系統(tǒng)異響問題進行優(yōu)化，采取具體應對試驗，整合噪聲變化情況，使得各項問題能有效解決。