汽車發(fā)動機自動啟動過程振動分析及控制

謝勝飛

摘要：伴隨汽車業(yè)日益迅猛化發(fā)展，人們對車輛各項性能層面要逐步提升，更為關(guān)注汽車內(nèi)部發(fā)動機相關(guān)問題。在一定程度上，汽車內(nèi)部發(fā)動機實際啟動期間，便會有振動及其噪聲產(chǎn)生，對汽車整體行駛安全及質(zhì)量影響極大。若不能夠更好地分析、把控該汽車內(nèi)發(fā)動機在自動啟動時振動和控制實施措施，將各方案設(shè)定好，則必然會威脅著車輛行駛期間的安全性、經(jīng)濟性、可靠性等等。故而，總結(jié)分析汽車內(nèi)發(fā)動機在自動啟動時振動和控制，對于更好地把控汽車內(nèi)部發(fā)動機的啟停全過程，現(xiàn)實意義較為突出。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機; 汽車; 自動啟動; 振動; 控制;

1 振動原因

從以往實操經(jīng)驗可總結(jié)出振動原因，即為點火、機械這兩個層面。以牛頓定律為基礎(chǔ)，處于特定功率條件之下，越低轉(zhuǎn)速，力要求則越大。啟動瞬間，為從零至怠速過程，自身就有著極高力要求，氣缸必然遭到撞擊，轉(zhuǎn)速很難穩(wěn)定，各方向會有沖擊產(chǎn)生，以至于產(chǎn)生振動。（1）在機械層面。機腳墊，其屬于緩沖橡膠的一種，通常放置于發(fā)動機側(cè)的下面或者車邊，另頭則固定于車架梁上面，便于對發(fā)動裝置分力能量起到緩沖吸收作用，這與減震裝置功能作用較為相似。若某個零件老化或者損壞壞，平衡則會失效，發(fā)動機明顯振動;某個缸若缸壓不足，或者是缺缸運行，則可借助缸壓表予以測量判斷及分析。點火及噴嘴層面問題有效排除后，便可知曉為缸內(nèi)自身層面問題，如元件磨損或已損壞，則務(wù)必大修處理發(fā)動機;（2）在共振層面問題，啟動電機實際旋轉(zhuǎn)頻率，其接近于發(fā)動機內(nèi)某個元件的振動頻率，以至于自動啟動期間會有十分明顯的振動現(xiàn)象產(chǎn)生，這可能與軸承、碳刷皮帶等均有著關(guān)聯(lián)性，需予以準(zhǔn)確判斷分析，實施針對性的維修處理;如空調(diào)開著時振動，則屬于發(fā)動機自身功率還不夠拉低其怠速，并非屬于共振層面問題;若為新車，則可能因自動啟動操作的不夠規(guī)范或者妥當(dāng)所致，磨合期的阻力大促使怠速不足;離合及油門分離操作期間，務(wù)必緩慢松開蓋離合，之后再輕微給油 。

2 有效控制

2.1 在測試分析層面

（1）在測定裝置層面。此次測定操作，在車輛方向盤所在12點鐘處及駕駛員的座椅導(dǎo)軌前方外側(cè)均設(shè)三向加速傳感裝置一個，自58X傳感裝置實施發(fā)動機的轉(zhuǎn)速信號有效采集，自動啟停及鑰匙啟停不同工況之下，實施10組測定。測定數(shù)據(jù)經(jīng)Wk的振動計權(quán)處理后，選定10次測定峰峰均值為此次測定最終結(jié)果。此次測定數(shù)據(jù)表明了，車輛啟動期間，座椅導(dǎo)軌自身受較小振動干擾，X向呈較大振動加速狀態(tài)，故本文選定座椅導(dǎo)軌自身X向的振動加速為基本目標(biāo)，對車輛啟動期間車內(nèi)振動實施細(xì)致分析。

（2）在測定結(jié)果層面。該汽車自動啟動情況下，發(fā)動機所在座椅實際振動頻率分布為2-4Hz、8-14Hz;正常啟動情況下，發(fā)動機所在座椅實際振動頻率分布為8-11Hz。分析此次測定數(shù)據(jù)信息可了解到，自動重啟和正常啟動情況下，座椅振動的峰值頻率均接近于10Hz。那么，通過對該車輛動力總成的剛體模態(tài)分析后可了解到，啟動該發(fā)動機期間測定所得座椅振動的頻率和動力總成的懸置系統(tǒng)所固有頻率相接近。故啟動發(fā)動機期間會有動力總成共振產(chǎn)生，傳遞至車內(nèi)有著較大振動。為對啟動期間車內(nèi)振動產(chǎn)生原因?qū)嵤┘?xì)致分析，對啟動發(fā)動機期間轉(zhuǎn)速波動實際情況實施有效測試。結(jié)合轉(zhuǎn)速，能夠看出啟動發(fā)動機過程內(nèi)含兩個不同階段，即啟動與點火。啟動階段上，發(fā)動機的缸內(nèi)未點火燃燒，起動機會帶動著曲軸旋轉(zhuǎn)，待點火條件達到后，便進入到點火階段，則發(fā)動機急劇轉(zhuǎn)速裝上升，而后，穩(wěn)定運行。發(fā)動機于320-450r/min轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)波動，曲軸于5.3-7.5Hz基頻旋轉(zhuǎn)。因車輛第五階情況下，整車剛體的模態(tài)頻率為此頻段之內(nèi)，此階段極易激發(fā)出整車模態(tài)，增加車內(nèi)側(cè)傾振動，不會有X向大抖動產(chǎn)生，故并非主要振動源;啟動階段，該發(fā)動機產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)速波動。而這轉(zhuǎn)速波動主要源自傳動軸自身反作用力，受轉(zhuǎn)速波動影響，傳動軸與曲軸扭振均會經(jīng)懸架逐步傳遞至車身位置。此發(fā)動機的轉(zhuǎn)速波動頻率是f=1/Δt=10Hz，接近于動力總成的懸置系統(tǒng)二階和三階原本頻率，這一情況下，動力總成與傳動系統(tǒng)極易有共振產(chǎn)生。觀察振型后了解到，此兩階模態(tài)屬于動力總成前后的橫擺動與運動兩種模態(tài)，經(jīng)懸置傳遞至車內(nèi)部X向力會變大，車內(nèi)部X向的振動響應(yīng)會逐步惡化;激勵頻率與動力總成橫擺模態(tài)實際頻率相接近情況下，懸置傳遞至車內(nèi)部Y向力及X向力均變大，車內(nèi)部Y向力及X向力的振動響應(yīng)均會惡化。座椅振動響應(yīng)在此頻段分布，故屬于車內(nèi)振動根本原因所在。

2.2 在控制分析層面

經(jīng)過試驗分析可了解到，啟動汽車期間，啟動階段極易激起動力總成的選址系統(tǒng)及傳動系統(tǒng)共振，增加車內(nèi)振動。對車內(nèi)振動加以改善有三種不同手段，即對接受體、振動路徑、振動源等加以把控。源頭上把控振動極具有效性，故文中三缸車輛當(dāng)中一項控制方式便是將啟動階段具體時間縮短，確保系統(tǒng)共振的時間能夠縮短，對車內(nèi)振動加以優(yōu)化。為對此方法有效性實施有效驗證分析，需對車輛兩次的啟動過程實施對比分析，那么，經(jīng)對比后發(fā)現(xiàn)這兩次啟動過程當(dāng)中，點火階段無差異存在，啟動階段則存在著差異性，二次啟動把啟動階段具體時間自組0.26s逐步下降至0.21s，伴隨車內(nèi)部座椅導(dǎo)軌振動加速，其峰峰值自1.30m/s2下降至0.96m/s2。為對此結(jié)論適用性實施有效驗證判斷，本文對比分析另外車輛兩次啟動全過程。經(jīng)對比分析后了解到，啟動階段具體時間自0.33s下降至0.24s情況下，駕駛員的座椅導(dǎo)軌X向?qū)嶋H振動加速峰峰值會自1.63m/s2逐步下降至1.36m/s2。從中便可知曉，啟動過程具體時間縮短后，可確保啟動期間車內(nèi)振動響應(yīng)得以下降。但該時間段內(nèi)會受點火基本條件限制，無限縮短無法實現(xiàn)。故若想將啟動期間車內(nèi)振動縮小，務(wù)必要優(yōu)化傳動系統(tǒng)。可在開發(fā)之前，對整車剛體的模態(tài)頻率、動力總成的剛體頻率、傳動軸系原本頻率等癥實施重新分配，將共振避開，將傳動系統(tǒng)和動力總成降低，經(jīng)懸置和懸架傳遞至車身激勵力，對啟動期間車內(nèi)的振動響應(yīng)起到良好改善作用。

3 結(jié)語

可以說，汽車自動啟停系統(tǒng)功能，促使燃油消耗得以減少，且停止后車輛內(nèi)部振動噪聲也得以降低，但啟停過程會有振動噪聲層面問題存在，特別是啟動期間車內(nèi)部振動。此次研圍繞著某車輛啟動期間駕駛員的座椅導(dǎo)軌所產(chǎn)生振動實施，對發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速變化與座椅導(dǎo)軌的振動之間關(guān)聯(lián)性，經(jīng)分析后發(fā)現(xiàn)此震動源自發(fā)動機在點火前期啟動階段，因傳動系統(tǒng)扭振頻率和總量總成的懸置系統(tǒng)橫擺模態(tài)及前后的模態(tài)頻率相接近，發(fā)動機與傳動系統(tǒng)所產(chǎn)生共振，其能夠增強動力總成者者者經(jīng)懸置傳遞至車輛內(nèi)部激勵力，對車內(nèi)振動起到惡化作用。結(jié)合此次測定分析結(jié)果可了解到，此車輛所提出啟動階段具體時間有效縮短處理措施，經(jīng)試驗可證明時間被縮短后，車型不同座椅導(dǎo)軌實際振動可下降15-30%。如果想對啟動過程車輛內(nèi)部振動實施有效改善處理，則開發(fā)前期，務(wù)必對整車剛體的模態(tài)頻率、動力總成的剛體頻率、傳動軸系原本頻率等癥實施重新分配，將共振避開，確保懸架系統(tǒng)和懸置系統(tǒng)所傳遞振動力得以降低，對車輛內(nèi)部NVH性能加以優(yōu)化。

參考文獻

[1] 王博，張振東，于海生，等.發(fā)動機起動引起的混合動力汽車振動分析與控制[J].汽車工程，2019，41（002）：189-190.

[2] 李政清，孫文福，路勇.基于振動分析的汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速在線測量系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2019，33（006）：599-602.

[3] 桂鵬程，尹良杰，戴冬華，等.混合動力汽車起動發(fā)動機過程變速箱控制研究[J].汽車零部件，2019，28（019）：167-168.

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