某輕型商用車駕駛室抖動問題優(yōu)化

岳 濤，殷金祥，王軍龍，黎程，宋吉全

某輕型商用車駕駛室抖動問題優(yōu)化

岳 濤1，殷金祥1，王軍龍1，黎程2，宋吉全2

（1.濰柴動力股份有限公司上海研發(fā)中心，上海 200122； 2.濰柴新能源商用車有限公司，山東 煙臺 265200）

針對某輕型廂式卡車空載狀態(tài)下，在40～60 km/h車速區(qū)間內(nèi)，駕駛室存在較明顯的前后抖動現(xiàn)象。文章采用工作模態(tài)分析（OMA）試驗方法，對模態(tài)頻率、阻尼、振型等進行了分析，確定了駕駛室抖動峰值頻率。在傳遞路徑上確定了駕駛室懸置和懸架隔振存在較明顯問題，結(jié)合問題點，制作對應(yīng)的優(yōu)化樣件進行整改。從測試結(jié)果上看，效果明顯，對實際工程問題的解決具有借鑒意義。

輕型商用車；OMA；駕駛室抖動；NVH

隨著我國汽車市場的蓬勃發(fā)展，消費群體對汽車舒適性要求越來越高，為滿足消費者需求，各大商用車主機廠也越來越關(guān)注產(chǎn)品的舒適性能開發(fā)，如怠速工況方向盤、后視鏡抖動、車內(nèi)噪聲，行駛過程駕駛室振動等性能。本文就是對某一款商用車開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)的行駛工況駕駛室異常抖動問題進行測試研究。

模態(tài)測試是舒適性開發(fā)過程中必不可少的一項工作，常見的試驗?zāi)B(tài)分析可以分為實驗?zāi)B(tài)分析（Experimental Modal Analysis, EMA）、工作模態(tài)分析（Operational Modal Analysis, OMA）和運行響應(yīng)模態(tài)（Operational Deflection Shape, ODS），其中ODS和OMA測試方法不需要通過力錘敲擊獲得振動信號，只需要通過傳感器采集運行工況實時振動信號即可進行分析，不會對結(jié)構(gòu)造成破壞，因此，在一些結(jié)構(gòu)不適合敲擊場景有比較好應(yīng)用，本文介紹的駕駛室異常振動整改工作就是借助OMA測試方法開展的。

1 問題描述

在某輕型商用車整車噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise, Vibration, Harshness, NVH）性能測試中發(fā)現(xiàn)，在空載狀態(tài)下40～60 km/h車速區(qū)間，該車駕駛室存在較明顯的前后抖動現(xiàn)象，針對該現(xiàn)象，進行駕駛室振動測試[1]，增加B柱測點（方向）輔助考察，測試結(jié)果如表1所示。

表1 原狀態(tài)駕駛室行駛抖動測試結(jié)果

位置振動加速度/(m/s2) 40 km/h50 km/h53 km/h55 km/h60 km/h 坐墊0.480.570.580.580.67 靠背0.600.860.910.670.75 腳部0.190.270.280.240.28 總值0.801.071.120.911.05 B柱0.841.371.491.271.40

原狀態(tài)測試結(jié)果可以看出，在40～60 km/h車速區(qū)間，靠背存在較大的振動（整車向為主），和主觀感受駕駛室前后抖動現(xiàn)象一致。勻速 53 km/h工況時達到最大值。

2 問題分析

2.1 駕駛室OMA特性分析

為進一步分析問題，增加空擋滑行試驗，從測試結(jié)果來看，40～60 km/h范圍內(nèi)振動較大，靠背處振動較明顯，從colormap圖上可以看出，存在4～7 Hz范圍內(nèi)共振帶，和輪胎1階次激勵耦合，因此，需要對駕駛室模態(tài)特性進行分析考察。試驗測試結(jié)果見圖1。

采用錘擊法進行駕駛室模態(tài)特性測試容易對駕駛室外鈑金造成不可恢復(fù)的變形，結(jié)合實際問題，選用OMA測試方法對駕駛室剛體模態(tài)特性測試分析。在駕駛室外輪廓位子粘貼8個加速度傳感器，采集振動數(shù)據(jù)，進行OMA分析，如圖2所示。

圖2 駕駛室OMA測點布置示意圖

OMA試驗采用西門子32通道數(shù)進行振動信號采集，考慮到人體對振動頻率的感知情況和駕駛室振動特性，信號采集帶寬設(shè)置為100 Hz，采用50量程的3向加速度傳感器進行測試，對30 Hz以內(nèi)的OMA測試結(jié)果進行分析。

從OMA測試結(jié)果分析來看，30 Hz以內(nèi)駕駛室行駛抖動主要峰值頻率和振型見表2。

表2 原狀態(tài)駕駛室OMA測試結(jié)果

階次頻率/Hz振型 12.29Z向平動 24.52Ry轉(zhuǎn)動 35.76Ry轉(zhuǎn)動 46.45Ry轉(zhuǎn)動 57.12RZ轉(zhuǎn)動

從OMA測試結(jié)果來看，駕駛室存在2.29 Hz、4.52 Hz 、5.76 Hz、6.45 Hz、7.12 Hz較明顯峰值，除第1和第5階模態(tài)之外，其余均為駕駛室俯仰振型（R轉(zhuǎn)動），其中5.76 Hz和6.45 Hz與53 km/h和60 km/h輪胎1階轉(zhuǎn)頻對應(yīng)。結(jié)合該車偏頻數(shù)據(jù)，2.29 Hz 和4.52 Hz頻率來自前懸架和后懸架簧上偏頻，懸架偏頻測試結(jié)果如圖3所示。

2.2 懸架隔振性能分析

在駕駛室上找到了和懸架相關(guān)的2個較明顯的振動峰值，因此，需要確認懸架隔振性能[2]是否存在問題。

結(jié)合車型特點，在前車橋和前板簧、后車橋和后板簧之間布置加速度傳感器進行隔振測試，主動端測點放置在靠近車輪的車橋側(cè)，被動端測點放置在板簧中心位置對應(yīng)的車架側(cè)。

原狀態(tài)懸架隔振性能測試結(jié)果見表3。從測試結(jié)果可以看出，后懸架隔振性能較差，需要整改優(yōu)化。

表3 原狀態(tài)懸架隔振測試結(jié)果

位置隔振率/% 40 km/h50 km/h53 km/h55 km/h60 km/h 左前87.6587.1884.7883.3087.38 右前66.7371.3172.6871.8669.47 左后39.3728.7430.4037.8639.82 右后30.4020.0924.2736.1830.16

3 整改優(yōu)化

3.1 駕駛室優(yōu)化方案

該駕駛室通過4個橡膠懸置安裝在車架連接的支架上，通過駕駛室OMA測試結(jié)果可以看出，存在的5.76 Hz和6.45 Hz模態(tài)均為駕駛室剛體模態(tài)，非駕駛室彈性體模態(tài)，和橡膠懸置的剛度相關(guān)性較大。決定臨時采用增大駕駛室懸置剛度方案來提升駕駛室剛體模態(tài)，剛度變化見表4。

表4 駕駛室懸置剛度 單位：N/mm

位置原狀態(tài)優(yōu)化方案 左前8001 800 右前8001 800 左后5003 000 右后5003 000

方案樣件如圖4所示。

圖4 駕駛室懸置優(yōu)化樣件

3.2 懸架優(yōu)化方案

針對后懸架隔振效果差的問題，決定采用少片簧方案進行驗證，通過降低板簧動剛度方式來提升隔振效果，方案樣件如圖5所示。

圖5 后板簧優(yōu)化樣件

優(yōu)化方案后懸架隔振性能測試結(jié)果見表5。

表5 優(yōu)化方案后懸架隔振測試結(jié)果

位置隔振率/% 40 km/h50 km/h53 km/h55 km/h60 km/h 左后54.4559.9252.2155.8748.30 右后50.0352.7656.1654.3649.83

3.3 整改效果

對優(yōu)化方案駕駛室OMA進行復(fù)測，測試結(jié)果如圖6所示。

從駕駛室OMA測試結(jié)果對比可以看出，駕駛室振動響應(yīng)，在2.2～12.5 Hz內(nèi)有較明顯的下降。受駕駛室大剛度懸置方案影響，駕駛室俯仰模態(tài)最低模態(tài)從5.76 Hz提升至6.78 Hz。

圖6 優(yōu)化方案駕駛室OMA測試結(jié)果

對上述方案進行行駛抖動測試，B柱參考點振動改善效果見表6。

表6 B柱參考點行駛抖動測試結(jié)果

位置振動加速度/(m/s2) 40 km/h50 km/h53 km/h55 km/h60 km/h 原狀態(tài)0.841.371.491.271.40 方案0.420.450.480.540.53

座椅靠背振動改善效果見表7。

表7 座椅靠背行駛抖動測試結(jié)果

位置振動加速度/(m/s2) 40 km/h50 km/h53 km/h55 km/h60 km/h 原狀態(tài)0.600.860.910.670.75 方案0.370.390.420.390.42

原狀態(tài)40～60 km/h車速區(qū)間駕駛室前后抖動問題明顯得到改善，整改效果明顯。

4 結(jié)論

本文對某輕型廂式卡車空載駕駛室抖動問題進行研究，借助OMA測試方法尋找出駕駛室抖動相關(guān)影響因素，通過駕駛室懸置和后懸架板簧整改優(yōu)化，提升了駕駛室剛體模態(tài)和懸架隔振率，有效地降低了駕駛室行駛過程中的抖動，該方法對實際工程問題的解決具有指導(dǎo)意義。

[1] 中國國家標準化管理委員會.汽車平順性隨機輸入行駛試驗方法:GB/T 4970－1996[S].北京:中國標準出版社,1996.

[2] 劉顯臣.汽車NVH綜合技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2014.

Optimization on the Cab Shaking Problem of a Light Van Truck

YUE Tao1, YIN Jinxiang1, WANG Junlong1, LI Cheng2, SONG Jiquan2

( 1.Shanghai Research & Development Center of Weichai Power Company Limited, Shanghai 200122, China; 2.Weichai New Energy Commercial Vehicle Company Limited, Yantai 265200, China )

In the unloaded state of a light van truck, the cab has obvious forward and backward shaking phenomenon in the speed range of 40～60 km/h. In this paper, the operational modal analysis (OMA) test method is used to analyze the modal frequency, damping, vibration mode, etc., and determine the peak cab shaking frequency. It is determined that there are obvious problems in vibration isolation of cab suspension and suspension on the transmission path, according to the problem points, corresponding optimization samples are made for rectification. The results show that the effect is obvious, and it has reference significance for solving practical engineering problems.

Light van truck; OMA; Cab shaking; NVH

TB535

A

1671-7988(2023)19-104-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.019.020

岳濤（1987－），男，工程師，研究方向為整車NVH開發(fā)，E-mail:411010638@qq.com。