胡長征，趙振東，張袁元

Hu Changzheng，Zhao Zhendong，Zhang Yuanyuan

（南京工程學院 汽車與軌道交通學院，江蘇 南京 211167）

動力總成懸置對車內(nèi)地板的振動的影響研究

胡長征，趙振東，張袁元

Hu Changzheng，Zhao Zhendong，Zhang Yuanyuan

（南京工程學院 汽車與軌道交通學院，江蘇 南京 211167）

汽車動力總成對車內(nèi)地板振動水平及乘員乘坐舒適性有重要影響。基于動力總成懸置的隔振理論設計試驗方案，以某型皮卡為試驗對象，研究該型皮卡的動力總成及車內(nèi)地板的振動情況，采集振動信號作時域和頻域分析，評價地板振動水平，分析找出車架及動力總成的振動信號中對于地板振動的貢獻成分。基于振動信號的時域譜陣圖研究動力總成—懸置件—車架的傳遞特性，提出針對該型皮卡在高速行駛時地板振動嚴重問題的改進措施。

振動；懸置；隔振率

0 引 言

車內(nèi)地板振動是整個車內(nèi)振動的重要組成部分，它是影響座椅、轉(zhuǎn)向盤抖動的一個重要因素，直接影響著車內(nèi)乘員的乘坐舒適性。汽車動力總成系統(tǒng)作為整車振動的主要激勵源，對其振動進行有效隔離可以減輕車內(nèi)地板的振動；因此動力總成懸置系統(tǒng)隔振性能的優(yōu)劣程度是影響車內(nèi)振動的主要因素之一[1]。傳遞路徑優(yōu)化法和能量解耦優(yōu)化法是研究動力總成懸置系統(tǒng)的常用方法，傳遞路徑優(yōu)化法在振動傳遞率控制方面和車內(nèi)振動控制方面較好，但解耦方面相對較差，雖然傳遞路徑優(yōu)化法的綜合效果較好，但僅僅追求動力總成振動能量解耦或振動傳遞率最小的思想是有局限性的。多體動力學仿真被廣泛運用于動力總成懸置的特性研究，可對懸置件及車架的特性參數(shù)進行優(yōu)化[2-5]。

針對駕駛室地板振動嚴重問題設計了多組試驗方案，通過實車的道路試驗，基于信號的時域、頻域分析對地板進行振動水平的評價，基于振動信號的時域譜陣圖研究動力總成到車內(nèi)地板的傳遞特性，基于信號的頻域分析及地板的激勵響應信號研究懸置件的隔振性能及共振頻率，通過這些試驗方案得到的信息，對汽車動力總成和車內(nèi)地板的振動進行評價并發(fā)現(xiàn)問題，針對地板振動嚴重問題提出改進措施。

1 動力總成懸置件的隔振理論

發(fā)動機懸置系統(tǒng)簡化為對每個單自由度系統(tǒng)進行隔振分析，激勵來自發(fā)動機，而基礎是車身或者車架。由于隔振傳遞率通常作為評價隔振系統(tǒng)性能優(yōu)劣的評價指標，定義傳遞到基礎上的力的幅值與激勵的幅值之比的絕對值稱為傳遞率[6]，即傳遞到基礎上的力的幅值Fb與激勵力的幅值F的比值T的絕對值

式中，ξ為阻尼比；r為頻率比。

由上式可知，要使傳遞到基礎上的力小于激勵力，即傳遞率T<1，頻率比必須滿足

分析可知：當r <<1時，集中頻率很低，此時車輛相對地面靜止；當 r=1時，慣性力與彈性力相平衡，系統(tǒng)振動被阻力控制，系統(tǒng)發(fā)生共振；當時為隔離區(qū)，此時T>1，不能起到隔振效果；當時，傳遞率T<1，此時為減振區(qū)，系統(tǒng)振動被慣性力控制，在這個區(qū)域內(nèi)，頻率比越大，隔振效果就越好。但是在設計動力總成懸置隔振系統(tǒng)時，頻率比不能太大，要被控制在一定范圍內(nèi)。另外，在減振區(qū)，阻尼給隔振帶來了副作用，阻尼越大，傳遞率越低。

2 地板振動評價及懸置件性能測試的試驗與計算

發(fā)動機動力總成（發(fā)動機、變速箱）及其懸置、車架、車內(nèi)地板的相互影響的示意圖如圖 1所示。標記A、B、C表示振動所需測試位置，實際測點位置及測試場景如圖 2所示，設計試驗獲得相關參數(shù)，試驗與信號處理方法如圖3所示。

圖1 動力總成系統(tǒng)、車架及車內(nèi)地板的連接示意圖

圖2 測點位置及測試場景

圖3 試驗獲得實際工況的振動特性流程

試驗1：試驗車輛定置，變速器空擋、踩下離合器，發(fā)動機從怠速緩加速以及發(fā)動機怠速、2 000 r/min、3 000 r/min、4 000 r/min、5 000 r/min定轉(zhuǎn)速工況。A、B、C測點信號包括車內(nèi)地板（駕駛員腳下處）、懸置件上（發(fā)動機）、懸置件下（車架）。

試驗2：車輛掛擋，勻速行駛。試驗工況包括：變速器Ⅲ擋，車速30 km/h；變速器Ⅳ擋，車速40、50 km/h；變速器Ⅴ擋，車速50、70、100、120、130、140 km/h。

獲取試驗1、試驗2相應工況，車內(nèi)地板、懸置件上、下（車架）的振動加速度響應信號。處理振動信號評價車內(nèi)地板的振動情況及振動的傳遞路徑分析。根據(jù)隔振理論，結(jié)合懸置件上、下的振動信號來分析懸置件的時域隔振率。

1）處理信號，繪制車輛空擋定置時測點的功率譜圖及車內(nèi)地板與車架相干函數(shù)圖，說明車內(nèi)地板的振動情況及懸置件的車架至動力系統(tǒng)的傳遞規(guī)律。由圖 4車內(nèi)地板的譜振圖分析可知，隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速加快，車內(nèi)地板的振動能量逐步向高頻轉(zhuǎn)移，同時發(fā)現(xiàn)在100 Hz和150 Hz左右時，能量存在激振，圖中亮度凸顯，結(jié)合圖 5車內(nèi)地板的功率譜圖可知，尤其在150 Hz左右能量所占比例較高。由此可以推斷駕駛室地板在150 Hz時可能發(fā)生共振，綜合分析可得，駕駛室地板在中高頻150 Hz左右存在共振區(qū)。

圖4 駕駛室地板譜振圖

2）通過對結(jié)構(gòu)的緩加速掃頻激勵，可以獲得結(jié)構(gòu)件的振動線性增加規(guī)律，分析是否發(fā)生共振。

由圖6的變速箱懸置下（車架）譜振圖可知，橫軸表示頻率，縱軸為發(fā)動機轉(zhuǎn)速，顏色深淺表示振動能力的大小。在150 Hz左右，變速箱懸置下（車架）有明顯的共振區(qū)。結(jié)合圖 7空擋緩加速時變速箱懸置件上下傳遞特性和相干函數(shù)可知，在試驗時存在外界干擾因素使得試驗數(shù)據(jù)存在誤差，但可以說明問題，在150 Hz左右傳遞特性較高，傳遞率接近1。

圖5 駕駛室地板功率譜

圖6 變速箱懸置下（車架）譜振圖

圖7 空擋緩加速變速箱懸置件上下的傳遞特性與相應的相干函數(shù)

3）對懸置件性能分析。不同工況測試得到動力系統(tǒng)懸置上下振動加速度和傳遞率見表 1、表2。由表可知，發(fā)動機左右懸置傳遞效果可以接受，變速箱懸置件的傳遞率不合理，尤以空擋數(shù)據(jù)明顯，且隨轉(zhuǎn)速上升，該懸置件的傳遞率逐漸減小，說明變速箱懸置在高頻時傳遞效果較好，低頻較差，但在發(fā)動機激勵范圍內(nèi)的傳遞效果仍表現(xiàn)不理想。

表1 帶擋勻速懸置時域隔振率評價

表2 空擋定速懸置時域隔振率評價

空擋和帶負荷狀態(tài)下，發(fā)動機左端懸置件位置激勵端（動力系統(tǒng)機體）所對應振動能量最大；空擋狀態(tài)下，發(fā)動機左端懸置件位置輸出端（車架上）所對應振動能量最大；帶負荷狀態(tài)下，變速箱懸置件位置輸出端（車架上）所對應振動能量最大。綜合表1、表2中數(shù)據(jù)，反映了動力系統(tǒng)在有無負荷狀態(tài)下本身振動表現(xiàn)并不平穩(wěn)，其懸置件的約束存在問題，重新對 3個懸置件進行改善，使動力系統(tǒng)本體輸出和在車架上的響應振動能量趨于接近。進而有效改善動力系統(tǒng)對排擋桿振動影響，改善動力系統(tǒng)對整車振動影響。對懸置件的頻域分析可以獲得懸置件的傳遞屬性，即具體到哪些頻段具有較好的濾波效果，哪些是待改善的頻段，為懸置件的剛度和阻尼改進提供更多參考。

如圖 8所示，空擋時不同轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)動力系統(tǒng)懸置的傳遞特性統(tǒng)計。對于變速箱懸置，存在 2個共振區(qū)，一個低頻34 Hz左右，一個中高頻150 Hz左右；發(fā)動機左、右懸置的固有頻率在20 Hz處，且傳遞率都低于1，隔振率較好，與時域分析結(jié)論吻合。

圖8 基于空擋不同轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)動力系統(tǒng)懸置傳遞特性統(tǒng)計

4 結(jié)束語

針對某型車駕駛室地板振動較大的問題，首先對駕駛室地板振動水平評價，并對動力總成懸置系統(tǒng)進行了隔振特性試驗研究分析。試驗結(jié)果表明，該型車動力總成的左、右懸置對發(fā)動機振動起到了較好的衰減作用；變速箱懸置對發(fā)動機的振動沒有起到理想的衰減效果，需要進行改善，懸置隔振特性分析結(jié)果為該車后續(xù)的減振工作打下了基礎。

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U463.83

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2016.05.004

1002-4581（2016）05-0011-04

2016-04-06