徐平 欒文博 張逸 王從鶴 陳愛軍

摘要：汽車起步顫振是指汽車在一定的擋位、節(jié)氣門開度和道路負(fù)載下起步時(shí)，出現(xiàn)的傳動(dòng)系劇烈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)現(xiàn)象。本文考慮了擋位、節(jié)氣門開度和路面坡度等因素，選取一擋小油門起步工況進(jìn)行了實(shí)車道路實(shí)驗(yàn)，對(duì)測得的某位置振動(dòng)加速度信號(hào)進(jìn)行了時(shí)域和頻域上的分析，確定該工況下引起該轎車起步顫振現(xiàn)象的特征頻率。

關(guān)鍵詞：起步顫振；實(shí)驗(yàn)測試；時(shí)域分析；頻域分析

中圖分類號(hào)：U463.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（2012）02-0049-04

Time-Domain and Frequency-Domain Analysis of Vehicle Launch Shudder Test

XU Ping1，LUAN Wen-bo2，ZHANG Yi2，WANG Cong-he1，CHEN Ai-jun1

（1. Pan Asia Technical Automotive Center Co.,Ltd., Shanghai 201201， China；

2. Automotive School， Tongji University， Shanghai 201804， China）

Abstract: Launch shudder is the drastic torsional vibration phenomenon of drive train under certain gear， throttle opening and road load while launching. In this paper， considered the gear， throttle opening and grade， the time-domain and frequency-domain analysis for the acceleration signal of vibration acquired by vehicle launching road test of 1st gear and small throttle opening are carried out. Finally， the excitation frequency which results in the launch shudder is confirmed.

Key words: launch shudder；test；time-domain analysis；frequency-domain analysis

汽車傳動(dòng)系的NVH性能對(duì)整車的舒適性、平順性至關(guān)重要。汽車傳動(dòng)系是一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，其振動(dòng)形式主要表現(xiàn)為扭轉(zhuǎn)振動(dòng)［1-3］。汽車起步顫振現(xiàn)象描述的是在一定的擋位、節(jié)氣門開度和道路負(fù)載下，汽車起步時(shí)出現(xiàn)的傳動(dòng)系劇烈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)現(xiàn)象［4，5］。本文即針對(duì)某轎車開展起步顫振的實(shí)驗(yàn)測試與分析。

1 起步顫振現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)方案

考慮擋位、節(jié)氣門開度和路面坡度，進(jìn)行了實(shí)車起步道路實(shí)驗(yàn)。顫振實(shí)驗(yàn)的車載采集設(shè)備為NI-PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包含LabVIEW SignalExpress、PXI-4496采集卡和IEPE壓電式加速度傳感器等軟、硬件采集設(shè)備?？紤]到傳動(dòng)系發(fā)生顫振時(shí)，整車在縱向（前進(jìn)方向）的加速度波動(dòng)較大，所以加速度傳感器大多布置在整車各部件的縱向位置，如圖1所示。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

通過車載數(shù)據(jù)采集設(shè)備獲得了實(shí)車起步道路實(shí)驗(yàn)各通道的振動(dòng)加速度信號(hào)，采用頻譜分析、時(shí)頻分析對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析。時(shí)頻分析是在時(shí)間域和頻率域內(nèi)聯(lián)合觀察頻率和能量隨時(shí)間變化的情況；頻譜分析用于精確把握各工況下顫振時(shí)的頻率和能量分布情況。這里選取一擋小油門起步工況為例進(jìn)行分析。

2.1 振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域分析

車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄了一擋小油門起步工況各通道的振動(dòng)加速度信號(hào)，下面是平路起步和坡道起步工況下的前懸副車架縱向位置傳感器記錄的時(shí)域信號(hào)，如圖2所示。

從信號(hào)的時(shí)域圖中，0～6 s信號(hào)幅值較小且波動(dòng)范圍較穩(wěn)定，此時(shí)處于發(fā)動(dòng)機(jī)怠速段；10～25 s信號(hào)的振動(dòng)加速度幅值明顯增大，認(rèn)為傳感器捕捉到了顫振現(xiàn)象。對(duì)比該工況下的平路起步和坡道起步，發(fā)現(xiàn)坡道起步顫振段的振動(dòng)加速度的幅值幾乎為平路起步的2倍。

2.2 振動(dòng)信號(hào)的頻域分析

將時(shí)域分析中前懸副車架縱向位置的傳感器信號(hào)在頻域上進(jìn)行處理，首先采用時(shí)頻分析，在時(shí)間域和頻率域內(nèi)聯(lián)合觀察振動(dòng)能量的變化，如圖3所示。

從時(shí)頻分析圖中可以看出，紅色集中的區(qū)域?yàn)檎駝?dòng)能量的集中區(qū)域，圖中0～8 s左右，頻率維持在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速頻率；10 s以后隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高和波動(dòng)，能量集中的頻率發(fā)生改變，由此可以觀察出顫振段的頻率和能量分布。結(jié)合實(shí)驗(yàn)時(shí)的主觀感覺對(duì)圖中紅色較集中區(qū)域進(jìn)行分析，認(rèn)為顫振區(qū)發(fā)生在15～21 s左右。

由于是起步工況，將0～6 s左右的發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)間段認(rèn)為是未發(fā)生顫振段，將15～21 s左右的時(shí)間段認(rèn)為是發(fā)生顫振段，分別對(duì)這兩個(gè)時(shí)間段進(jìn)行頻譜分析，如圖4和圖5所示。圖中依次包含了時(shí)域圖、幅值譜和自功率譜密度。

從平路起步和坡道起步下的頻譜分析，當(dāng)發(fā)生顫振時(shí)，坡道起步幾個(gè)峰值頻率處的自功率譜密度幅值大于平路起步自功率譜密度幅值數(shù)倍，即坡道起步顫振的現(xiàn)象更為明顯，這與主觀感受相一致。

平路起步工況下，將未發(fā)生顫振段與顫振段的自功率譜的幅值結(jié)果進(jìn)行比較，可以看出幅值上顫振段明顯大于未發(fā)生顫振段（發(fā)動(dòng)機(jī)怠速），振動(dòng)能量較大，從幅值譜圖的幅值上也能得到同樣的結(jié)論；未發(fā)生顫振段的振動(dòng)加速度信號(hào)頻率集中于12.45 Hz、24.9 Hz、50.17Hz；顫振段的振動(dòng)加速度信號(hào)頻率集中于12.45 Hz、21.61 Hz、43.95Hz。

坡道起步工況下，同樣將未發(fā)生顫振段與顫振段的自功率譜、幅值譜結(jié)果的幅值進(jìn)行比較，可以看出顫振時(shí)振動(dòng)能量較大；未發(fā)生顫振段的振動(dòng)加速度信號(hào)頻率集中于12.45 Hz、24.9 Hz、50.17 Hz；顫振段的振動(dòng)加速度信號(hào)頻率集中于13.55 Hz、15.75 Hz、23.44 Hz、46.51 Hz和93.02 Hz。

3 結(jié)論

通過實(shí)車道路實(shí)驗(yàn)的手段，考慮了擋位、節(jié)氣門開度和路面坡度等因素，對(duì)汽車的起步顫振現(xiàn)象開展了實(shí)驗(yàn)測試。文中選取了一擋小油門工況進(jìn)行了起步道路實(shí)驗(yàn)，將測得的各通道振動(dòng)加速度信號(hào)進(jìn)行了時(shí)域和頻域上的分析，并將平路起步和坡道起步進(jìn)行了對(duì)比分析，認(rèn)為坡道起步的顫振感大于平路起步，找出了對(duì)應(yīng)工況下引起汽車起步顫振現(xiàn)象的特征頻率，為汽車起步顫振現(xiàn)象機(jī)理分析研究奠定了基礎(chǔ)。

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