发动机悬置对整车振动的影响范文

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《柴油机设计与制造杂志》2016年第2期

摘要:

针对某车怠速时存在的方向盘异常振动现象进行了振动的主观评价试验和道路行驶振动试验测量，结合动力总成的模态分析试验和振动ODS试验研究，查明了该车方向盘异常振动的原因，提出了更改发动机悬置刚度的具体的改进方案，并对改进刚度后的新悬置进行了整车选型试验，经过对比分析，确定了新的发动机悬置刚度参数，解决了某车型方向盘异常振动的问题。

关键词：

发动机;悬置;振动;模态

1前言

随着汽车行业的发展和环保、能源问题的不断出现，人们对小排量汽车需求不断增加，经济适用型轿车在汽车市场上的份额越来越多，人们对噪声振动的关注也在日益增加，噪声与振动将是汽车厂家和顾客最关注的指标之一。政府和顾客这两股力量使得汽车公司对振动、噪声等问题不断整改，本文论述对多用途乘用车方向盘振动进行分析研究过程。[1]

2方向盘振动源排查及分析

某多用途乘用车方向盘振动问题，多次遭到用户反映和投诉。该乘用车主要用于家庭代步用车，具有微型客车的空间、轿车的感受，额定载客7人。该车采用3缸横置柴油机，排量0.993L。在怠速时，方向盘存在较大的抖动，整车也存在明显的左右振动；当发动机转速升高到1500r/min以后，振动现象消失，发动机热机和冷机时的抖动无较大差别。在道路行驶时，在车速70km/h左右，方向盘存在较大的上下、前后、左右方向的振动，车身地板有轻微的抖动，同时有较大的车内噪声。经过主观评价分析，该车的方向盘的怠速抖动与发动机悬置匹配不佳有关，应该来源于发动机悬置系统的共振影响。

2.1方向盘振动测量

采用比利时LMS公司SC-305型数据采集仪，356A61型加速度传感器，在方向盘12点方向的位置上布置加速度传感器，测量冷机怠速和热机怠速时方向盘的振动，从而得出冷机怠速和热机怠速方向盘振动的抖动频率的频率范围内，冷机怠速和热机怠速方向盘的振动频谱见图1。由图1可以看到，发动机怠速时，在方向盘上有2个激励成份：发动机的点火激励和发动机转速的一阶激励成份。而这个1阶激励的频率就是怠速时方向盘的抖动频率，频率范围从14.8~16.8Hz。为查明怠速时方向盘的抖动原因，在发动机试验台架上进行发动机动力总成的模态振动形态测量。测点选择和传感器布置为提高模态参数的识别精度，必须合理布置激励点和响应点的位置，最大限度地减少模态丢失。在发动机动力总成上布置了28个振动传感器，其中发动机本体上布置12个传感器，变速器本体上布置16个传感器。激励点的选择方法是选择几个不同的点分别激励，测得几个频响函数，比较这些频率响应函数，选择函数曲线清晰、光滑，在感兴趣的频率范围内相干函数均达到0.9以上的点作为激励点。为了尽可能准确的求解动力总成的动态特性，用于观察发动机动力总成6个自由度的运动状态，并用这些传感器的位置坐标描述动力总成的外部结构。所有外力作用点，部件和结构的连接点，重要的响应点和质量集中点均应作为测点，对于刚度较弱，易产生结构振动辐射噪声的部位测点的布置应适当密集。测点的布置应该能够明确显示研究频率范围内的结构模态振型，保证研究的关键点在测点范围内。由于模态试验的特殊要求，选择加速度传感器时有遵循以下原则:传感器的动态范围宽、工作频段宽、低频性能好、抗干扰能力强、灵敏度好、线性度好、体积小、质量小。传感器的选择和传感器的安装对测量结果都具有很重要的影响，安装传感器时应确保在具有足够刚性且不增加结构质量的前提下，测量规定方向的真实振动信号。本试验采用的是美国压电（PCB）有限公司356A61加速度传感器。在动力总成的前端布置振动ODS参考传感器，记录发动机怠速时的振动响应，通过数据处理得到怠速时动力总成的振动ODS图形，见图2。由图2可以看到，在怠速状态下，方向盘（以及整车左右）抖动时，发动机动力总成作俯仰振动。需要进一步对动力总成进行模态试验分析，以确定这种振动是否为共振，寻找对应的改进措施。在整车上，对该发动机动力总成悬置系统进行模态试验，动力总成上也同样布置了28个振动传感器（传感器布置位置与图2所示相同）。采用模态力锤的激励方式，单点激励，多点拾振测量方法。激励方向：上下方向（Z）和横向（Y）。频率带宽0~64Hz，频率分辨率0.25Hz。使用LMSTest.Lab中PolyMax最小二乘复频域（LSCF）分析得到的综合传递函数曲线和模态振型，见图3[2]。模态试验结果描述参见表1。由动力总成的模态试验结果可以看到，动力总成在16.07Hz存在俯仰振动模态。该模态频率与发动机怠速转速时的一阶不平衡激励频率非常接近，容易被激发产生共振。该车怠速抖动时动力总成的振动ODS，与16.07Hz的模态试验结果基本一致，因此可以断定，该车怠速抖动是由动力总成在发动机转速一阶不平衡激励下发生俯仰振动造成的。由于该车发动机横置，动力总成的俯仰振动最容易造成整车抖动，因此必须对动力总成的俯仰振动模态进行控制。

3改进方案及试验验证

3.1改进方案的确定

由模态试验结果看到，该车动力总成的模态频率偏高，不利于振动的隔振。因此从振动控制的角度来看，要解决该车怠速抖动的途径必须对悬置系统重新设计，通过对悬置刚度、角度、位置的重新匹配来达到优化的目的。由于该车结构不可改动，最终只能采用降低悬置刚度的措施，来降低动力总成的刚体模态，以避开15~16Hz的模态频率；如果降低悬置刚度仍不能避开15~16Hz的模态频率，就应设法将动力总成的俯仰振型变成其他形式的振型。通过计算分析，确定了三组新的发动机悬置动刚度参数，参见表2。

3.2改进方案的装车试验结果对比

将新设计的3个悬置装在车辆上，并与原悬置进行对比试验。各悬置的主观评价对比结果：（1）原车悬置，怠速时方向盘抖动大，行驶时方向盘抖动较大；（2）方案1，怠速时方向盘抖动明显，振动没有改善，行驶时方向盘抖动较大；（3）方案2，怠速和行驶时，方向盘都不抖动，振动降低，行驶平稳；（3）方案3，怠速时方向盘轻微抖动，行驶时方向盘略有振感。总体感觉方案2效果最好，具体详见表3。表3的模态试验结果显示，动力总成装用新悬置时，虽然在15~16Hz附近依然存在动力总成的一个模态，但振型发生了变化。图4~图6的对比曲线显示，该车采用方案2的悬置刚度时，其方向盘的振动最小，主观感觉方向盘的抖动现象消失。最后确定方案2作为该车新的悬置刚度。

4结论

（1）通过对某车怠速抖动时的试验分析，确定了发生怠速抖动的原因是由于动力总成悬置系统共振造成的，表明原车发动机悬置刚度偏大，悬置匹配不佳。

（2）通过降低发动机悬置刚度，并进行选型试验，确定了新的发动机悬置刚度。新悬置有效降低了发动机的振动激励，使某车怠速抖动及行驶时振动大的问题得到解决。

（3）新悬置不但解决了某车怠速抖动的质量问题，同时有利于降低发动机激励产生的噪声，试验表明，新悬置对降低车内噪声有近0.5dB的贡献，该方案已被设计部门采纳并在生产中得到了应用。

参考文献：

[1]庞剑，谌刚，何华.汽车噪声与振动:理论与应用[M].北京：北京理工大学出版社，2006.

[2]傅志方，华宏星.模态分析理论与应用[M].上海：上海交通大学出版社，2000.

作者:李芳 单位:上海柴油机股份有限公司