某客車偶發(fā)的共振問題分析探討

張永華

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

隨著勞動生產(chǎn)率的提高以及物質(zhì)財富的不斷累積，享受型經(jīng)濟(jì)已經(jīng)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。汽車已然成為大眾消費(fèi)品，私家車普及率已經(jīng)較高，使得人們對于客車的乘坐要求也從滿足基本的安全出行要求轉(zhuǎn)變到追求安全、舒適的享受性出行體驗(yàn)。

我司開發(fā)某款客車（后文以“BEST”為代號），定位于7米級高端中巴車型，定位于政務(wù)、團(tuán)體接待、旅游等中高端需求市場，此市場定位車型對于整車NVH性能要求較高。市場偶有反饋，車速在70 km/h左右時，存在整車共振導(dǎo)致的乘坐舒適性降低、進(jìn)而引起客戶抱怨的問題。針對 BEST客車在特定車速下部分車輛出現(xiàn)異常振動問題，現(xiàn)場采取了多種措施進(jìn)行應(yīng)對，但引起該車振動問題的振源沒有明確，不能解釋該車振動現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，本文通過進(jìn)一步深入開展相關(guān)測試與分析工作，并基于測試數(shù)據(jù)分析，確定根源所在以及改進(jìn)思路、改進(jìn)具體舉措，并驗(yàn)證實(shí)施，為類似共振問題的分析解決提供借鑒。

1 共振問題分析思路

整車NVH性能測試與診斷，一般技術(shù)流程如下：

圖1 NVH問題測試診斷一般流程[1]

2 某客車共振問題測試及其分析

2.1 共振車輛數(shù)據(jù)測試采集

2.1.1 測試車輛、測試點(diǎn)選擇

選擇標(biāo)桿車輛、BEST客車(共振問題存在)車輛各1輛。

基于對于振動現(xiàn)象的初步判斷，布置加速度傳感器，進(jìn)行振動數(shù)據(jù)采集。

2.1.2 測試工況

測試標(biāo)桿車、BEST樣車偏頻；

測試4擋下，車速40 km/h、50 km/h、60 km/h、70 km/h、75 km/h勻速5個車速下行駛振動數(shù)據(jù)；

測試5擋下，車速60 km/h、70 km/h、75 km/h、80 km/h、90 km/h、100 km/h勻速6個車速下行駛振動數(shù)據(jù)；

2.1.3 測試數(shù)據(jù)

偏頻測試數(shù)據(jù)：兩臺測試車輛，偏頻數(shù)據(jù)如下：

表1 偏頻數(shù)據(jù)

2.2 測試數(shù)據(jù)分析

2.2.1 共振車速頻率分析

重點(diǎn)對共振點(diǎn)工況數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其他工況數(shù)據(jù)作為查詢參考。

主觀感受70 km/h時（儀表顯示值）振動最大，對應(yīng)5檔發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 1 860 rpm，對此工況下測試數(shù)據(jù)進(jìn)行重點(diǎn)分析。從測試曲線數(shù)據(jù)可以看出，70 km/h車速時，頻率15Hz的振動振幅最大，主駕座椅Z向振動達(dá)到峰值0.78 m/s2，同時此時主觀感受共振現(xiàn)象發(fā)生。根據(jù)此測試數(shù)據(jù)判定，此共振頻率集中在15 Hz～16 Hz。

2.2.2 關(guān)鍵系統(tǒng)、零部件的頻率核算、測試

對發(fā)動機(jī)、傳動軸、輪胎等激勵源，懸架、車架等響應(yīng)件進(jìn)行相關(guān)核算以及測試工作。

（1）發(fā)動機(jī)、傳動軸、輪胎激勵頻率。共振測試工況，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為1 860 rpm，以此為計(jì)算依據(jù)，對發(fā)動機(jī)、傳動軸、輪胎激振頻率首先進(jìn)行理論計(jì)算。

（2）共振工況時前后懸架響應(yīng)及其頻率。從共振測試數(shù)據(jù)看，在已確定的15 Hz～16 Hz共振頻率段，轉(zhuǎn)向節(jié)振動加速度值異常，地面或者輪胎激勵通過前懸架作為主要振動傳遞路徑傳遞。

此車型懸架偏頻數(shù)據(jù)為：

表2 懸架偏頻數(shù)據(jù)

從偏頻測試看，前車輪部分固有頻率15.8 Hz，與15 Hz～16 Hz共振頻率重疊，后車輪部分固有頻率13.9 Hz，與15 Hz～16 Hz共振頻率較為接近。

（3）車架模態(tài)分析測試。對于車架模態(tài)從理論的有限元分析和實(shí)際測試兩方面開展分析工作。

1）有限元理論模態(tài)分析

建立有限元模型，對BEST車架模態(tài)進(jìn)行分析。

2）車架模態(tài)實(shí)際測試

車架模態(tài)測試基本原理可參見圖2，試驗(yàn)采用單點(diǎn)激振，激振信號采用正弦掃頻信號，掃頻范圍為1～200 Hz，掃頻速度為0.2 Hz/s。

圖2 車架模態(tài)測試原理[2]

2.3 共振測試分析小結(jié)

基于上述CAE等計(jì)算分析、實(shí)測數(shù)據(jù)分析等，BEST車型此共振問題形成如下結(jié)論：

（1）共振車速時，共振頻率15 Hz～16 Hz；

（2）輪胎二階激勵15.5 Hz，確定為主要激勵源；

（3）前懸架車輪部分固有頻率15.8 Hz，傳遞路徑中有放大作用；

（4）BEST車架實(shí)測一階彎曲頻率為14.96 Hz，傳遞路徑中有放大作用。

3 改進(jìn)措施分析以及驗(yàn)證

基于上述共振測試分析結(jié)論，有針對性地對激振源、傳遞路徑關(guān)鍵件進(jìn)行改進(jìn)措施分析，并進(jìn)行方案實(shí)施驗(yàn)證以及測試。

3.1 車輪總成的改進(jìn)

車輪總成與整車 NVH相關(guān)的性能指標(biāo)，主要有動不平衡量、總成端跳、總成徑跳等，車輪總成進(jìn)一步細(xì)分為車輪和輪胎兩個關(guān)鍵部件，其與 NVH強(qiáng)相關(guān)的各項(xiàng)性能指標(biāo)作為重點(diǎn)考量。

3.1.1 車輪總成的改進(jìn)

基于經(jīng)驗(yàn)以及對標(biāo)思路，對標(biāo)桿車、BEST鋼圈性能進(jìn)行測試對比。對鋼圈測試臺架進(jìn)行確認(rèn)，此車型鋼圈為固定螺母球面定位，發(fā)現(xiàn)目前測試臺架為普通中孔定位式測試臺架，故對測試臺架進(jìn)行重新制作，按照整車的鋼圈定位方式，即球面定位方式，進(jìn)行測試臺架完善。

基于改進(jìn)后盡量模擬整車固定方式的測試臺架，對標(biāo)桿車、BEST鋼圈進(jìn)行測試，NVH相關(guān)主要數(shù)據(jù)見表3：

表3 標(biāo)桿車、BEST鋼圈性能數(shù)據(jù)測試對比表

從測試數(shù)據(jù)分析，BEST鋼圈性能尤其是與NVH相關(guān)的端跳、徑跳、平面度、位置度、同軸度等不低于標(biāo)桿水平。另一方面通過聯(lián)合車輪供應(yīng)商共同攻關(guān)，有助于提高供應(yīng)商質(zhì)量管控意識，這對于產(chǎn)品質(zhì)量一致性管控提升也大有裨益。

3.1.2 輪胎的改進(jìn)

對標(biāo)標(biāo)桿輪胎，在BEST現(xiàn)有輪胎基礎(chǔ)上進(jìn)行提升，標(biāo)桿、BEST輪胎改進(jìn)前后部分性能對比如表4。

表4 標(biāo)桿車、BEST輪胎性能對比表

對于客車車型，輪胎基本是選定型號后作為標(biāo)準(zhǔn)件在使用，不同供應(yīng)商產(chǎn)品品質(zhì)性能不一，同一供應(yīng)商同型號輪胎也可能有不同性能定位產(chǎn)品，隨著客戶對于車輛各項(xiàng)性能要求的持續(xù)提高，精細(xì)化匹配已經(jīng)是行業(yè)面臨的現(xiàn)階段重點(diǎn)問題，輪胎對于車輛的性能有時起著決定性影響，如動力經(jīng)濟(jì)性、平順性、操縱穩(wěn)定性等，需重視進(jìn)行全面的測試確認(rèn)。

3.1.3 其他方面改進(jìn)

根據(jù)車型開發(fā)累積經(jīng)驗(yàn)以及對于生產(chǎn)制造系統(tǒng)的調(diào)研，對于此共振問題從其他方面也同步思考。

（1）傳動軸方面改進(jìn)。傳動軸動平衡、中間托架的剛度及其耐久性能，甚至于總裝裝配工藝，對偶發(fā)的振動問題也有一定貢獻(xiàn)量?，F(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)有時為了方便裝配，將總長度較長、重量較重的整體式動平衡的傳動軸伸縮花鍵拉開，分步裝配到車輛上，但是如果未能有效標(biāo)記防錯，不同傳動軸前后傳混裝，破壞了傳動軸動平衡以及相位運(yùn)動關(guān)系，將大概率引起整車振動問題。

（2）車架車身間軟連接應(yīng)用。車架與車身之間，通過增加柔性橡膠減震墊的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可以有效過濾或減弱中低頻振動，降低振動峰值，進(jìn)而減小車身振動，提高乘坐舒適性。

4 結(jié)束語

NVH問題一直以來是行業(yè)面臨的棘手問題，伴隨著客戶期望的持續(xù)提高，NVH相關(guān)問題的解決成為各企業(yè)以及工程師的階段難點(diǎn)。本文基于某車型實(shí)際問題的分析解決，從分析思路、流程的確定，到具體測試方案的制定、測試數(shù)據(jù)的采集分析，并結(jié)合標(biāo)桿車測試數(shù)據(jù)，確認(rèn)了共振頻率、激振源以及傳遞路徑，根據(jù)分析結(jié)論，對各相關(guān)關(guān)鍵系統(tǒng)、部件進(jìn)行了改進(jìn)分析，并進(jìn)行了實(shí)施驗(yàn)證，解決了此共振問題。