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整車怠速間歇性抖動(dòng)評(píng)價(jià)方法及控制

2021-11-27 19:34:59·  來源：汽車NVH云講堂  
　
【摘要】怠速間歇性抖動(dòng)與常規(guī)怠速振動(dòng)不同在于怠速間歇性抖動(dòng)是非穩(wěn)態(tài)量，不適宜用分析穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的FFT或者計(jì)算OA法，所以需要引入新的計(jì)算方法。本文主要介紹怠
【摘要】怠速間歇性抖動(dòng)與常規(guī)怠速振動(dòng)不同在于怠速間歇性抖動(dòng)是非穩(wěn)態(tài)量，不適宜用分析穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的FFT或者計(jì)算OA法，所以需要引入新的計(jì)算方法。本文主要介紹怠速間歇性抖動(dòng)評(píng)價(jià)指標(biāo)（Bobble Index 簡(jiǎn)稱 BI）的計(jì)算方法以及該指標(biāo)與主觀評(píng)分的相關(guān)性。同時(shí)，本文介紹了兩個(gè)怠速間歇性抖動(dòng)的案例及其相應(yīng)的控制方法。一種是由燃燒穩(wěn)定性控制不良導(dǎo)致的怠速間歇性抖動(dòng)，另一種是由碳罐電磁閥工作頻率不合理導(dǎo)致的怠速間歇性抖動(dòng)。
【關(guān)鍵詞】怠速，間歇性抖動(dòng)，燃燒穩(wěn)定性，碳罐電磁閥，工作頻率
1 前言
怠速間歇性抖動(dòng)是指車輛怠速狀態(tài)下出現(xiàn)不規(guī)則的振動(dòng)[1]，讓乘客感覺發(fā)動(dòng)機(jī)工作不穩(wěn)定或者隨時(shí)有熄火的風(fēng)險(xiǎn)。通常負(fù)荷越小出現(xiàn)怠速間歇性抖動(dòng)的可能性越大。而怠速振動(dòng)是時(shí)域上持續(xù)穩(wěn)定的振動(dòng)。數(shù)據(jù)上，如圖 1 中標(biāo)框區(qū)域所示，怠速間歇性抖動(dòng)主要表現(xiàn)為：出現(xiàn)間歇性異常振動(dòng)頻率，且低于發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火頻率（22Hz~25Hz為點(diǎn)火頻率）。

目前國內(nèi)對(duì)怠速間歇性抖動(dòng)的研究較少，缺少統(tǒng)一的評(píng)價(jià)指標(biāo)，無法準(zhǔn)確的量化其數(shù)值的大小。怠速間歇性抖動(dòng)是非穩(wěn)態(tài)量，振動(dòng)數(shù)值大小隨時(shí)間變化，因此不宜用FFT或者OA等分析方法來處理數(shù)據(jù)，所以本文引入BI作為衡量指標(biāo)。例如，某款車在兩種工況下怠速間歇性抖動(dòng)差異明顯，工況一存在明顯怠速間歇性抖動(dòng)，主觀評(píng)分5.5分，工況二怠速間歇性抖動(dòng)很小，主觀感受6.8分，可以接受。分析計(jì)算兩種工況OA值，BI值，以及頻譜。如圖2-a BI值能很好的反映出主觀感受，如圖2-bOA值相差很小，很難作為評(píng)判依據(jù)，如圖2-c頻譜有所差異，但是很難具體量化間歇性抖動(dòng)的大小。


再例如，有兩輛存在怠速間歇性抖動(dòng)車輛，主觀評(píng)分均為 5.5 分，如圖3所示，為車輛的座椅導(dǎo)軌振動(dòng)頻譜分析圖。BI 值計(jì)算結(jié)果基本相當(dāng)，但是頻譜上出現(xiàn)峰值的頻率不同，同一頻率幅值也有較大差異，所以很難作為量化怠速間歇性抖動(dòng)的指標(biāo)評(píng)價(jià)。

綜上所述，怠速間歇性抖動(dòng)與怠速振動(dòng)存在差異，建議使用更適合的評(píng)價(jià)指標(biāo)BI作為客觀評(píng)判指標(biāo)。
2 評(píng)價(jià)指標(biāo)及計(jì)算方法
通常用標(biāo)準(zhǔn)差（Standard Deviation簡(jiǎn)稱STD）作為指標(biāo)來評(píng)估某一變量的波動(dòng)量大小，所以引入STD的方法來衡量怠速間歇性抖動(dòng)大小。
由于發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火頻率大于間歇性抖動(dòng)頻率且能量較大，因此計(jì)算間歇性抖動(dòng)的上限頻率應(yīng)低于點(diǎn)火頻率。為了防止數(shù)據(jù)處理時(shí)點(diǎn)火頻率能量泄露，通常計(jì)算頻率上限（用λ表示）低于發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火頻率2Hz較為合理。另一方面一方面數(shù)值計(jì)算時(shí)會(huì)引入低頻誤差，并且怠速間歇性抖動(dòng)頻率通常大于5Hz，所以計(jì)算頻率下限大于等于5Hz[2]。
通過大量數(shù)據(jù)分析可知間歇性抖動(dòng)的位移量與主觀評(píng)分相關(guān)性更高，所以振動(dòng)傳感器測(cè)量結(jié)果以位移的形式輸出。
綜上所述，BI計(jì)算方法是：1）計(jì)算振動(dòng)信號(hào)每個(gè)方向的5到λHz頻率切片隨時(shí)間的變化量，如圖4所示；2）計(jì)算得到時(shí)域數(shù)據(jù)的STD值；3）將三個(gè)方向STD值合成RSS值作為怠速間歇性抖動(dòng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)BI。

3 主、客觀數(shù)據(jù)相關(guān)性分析
怠速間歇性抖動(dòng)判定標(biāo)準(zhǔn)還是消費(fèi)者的主觀評(píng)分為最終依據(jù)，所以BI值與主觀評(píng)分的相關(guān)性必須滿足工程要求。表1是幾種工況下 BI值與主觀評(píng)分的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。其中每個(gè)主觀評(píng)分是都通過多人多次評(píng)估后的平均值得出。

如圖5，對(duì)主、客觀數(shù)據(jù)做相關(guān)性分析可知相關(guān)性系數(shù)R2=0.7944，滿足工程要求?？烧J(rèn)為 BI 能夠作為怠速間歇性抖動(dòng)的工程指標(biāo)。

用該方法計(jì)算部分競(jìng)品車及在研車型整改前后各工況下的BI值，如圖6所示，驗(yàn)證了BI值與主觀評(píng)價(jià)的一致性。

4 怠速間歇性抖動(dòng)控制案例
怠速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)是整車的主要激勵(lì)源，怠速間歇性抖動(dòng)基本上是由發(fā)動(dòng)機(jī)工作不穩(wěn)造成。目前已知原因有：1）燃燒穩(wěn)定性控制不良[3]；2）碳罐電磁閥工作頻率不合理導(dǎo)致的燃油濃度出現(xiàn)較大波動(dòng)。
4.1 燃燒不穩(wěn)定導(dǎo)致的怠速間歇性抖動(dòng)
某款在研車型搭載三缸發(fā)動(dòng)機(jī)，存在怠速間歇性抖動(dòng)問題，主觀評(píng)價(jià)較差。采集了三組怠速工況下發(fā)動(dòng)機(jī)缸壓樣本量，分析判定原因是怠速時(shí)燃燒穩(wěn)定性較差。燃燒數(shù)據(jù)上主要表現(xiàn)為燃燒缸壓樣本的燃燒指標(biāo)STD_IMEP偏大，LNV_IMEP偏小[4]，如圖7-a，7-b所示。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)原因在于噴油壓力不合理以及噴油時(shí)刻匹配不良。針對(duì)該問題的主要解決措施是：a) 降低噴油壓力；b）為了保證噴油量恒定，增加噴油脈寬；c）提前噴油相位SOI，提高霧化質(zhì)量。對(duì)燃燒穩(wěn)定性改善效果[5]如圖8-a，8-b所示，燃燒穩(wěn)定性指標(biāo)STD_IMEP降低，小于0.1bar，LNV_IMEP顯著提高，大于75%。主觀感受整車怠速間歇性抖動(dòng)消失，BI值變化如圖 9。



4.2 碳罐電磁閥導(dǎo)致的怠速間歇性抖動(dòng)
碳罐系統(tǒng)主要作用是將油箱蒸發(fā)的油氣抽入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)重新燃燒，避免排入大氣污染環(huán)境，碳罐電磁閥作為兩個(gè)系統(tǒng)的閥門，當(dāng)兩側(cè)壓差達(dá)到一定值時(shí)會(huì)以某一頻率周期開起工作。
如果碳罐電磁閥開起頻率不合理會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣系統(tǒng)燃油濃度出現(xiàn)較大波動(dòng)。最終導(dǎo)致整車出現(xiàn)怠速間歇性抖動(dòng)。相應(yīng)的解決方案是在滿足功能要求的情況下調(diào)節(jié)碳罐電磁閥工作頻率找到最佳工作頻率。
例如，另一在研車型由于碳罐電磁閥工作頻率不合理（碳罐電磁閥初始工作頻率A）導(dǎo)致怠速間歇性抖動(dòng)。運(yùn)用上述方案，在滿足功能的情況下調(diào)節(jié)碳罐電磁閥工作頻率，如圖10所示，在不同碳罐電磁閥工作頻率下，整車BI值差異較大。經(jīng)過驗(yàn)證后鎖定了碳罐電磁閥工作頻率 B，解決了該車型怠速間歇性抖動(dòng)問題。

5 結(jié)論
1）怠速間歇性抖動(dòng)評(píng)價(jià)指標(biāo)BI值計(jì)算方法：計(jì)算單方向相關(guān)頻率切片RMS值隨時(shí)間變化量的STD值，并將三個(gè)方向合成RSS值作為最終的BI指標(biāo)。該客觀數(shù)值與主觀評(píng)分相關(guān)性滿足工程要求。
2）發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒穩(wěn)定性會(huì)影響怠速間歇性抖動(dòng)，一般要求控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒參數(shù)STD_IMEP小于0.1bar，LNV_IMEP大于75%。
3）碳罐電磁閥工作頻率設(shè)置不合理會(huì)導(dǎo)致燃油供給出現(xiàn)較大的波動(dòng)，所以針對(duì)具體車型需要設(shè)定與之相匹配的碳罐電磁閥工作頻率以避免怠速間歇性抖動(dòng)。
4）在后續(xù)的研究中可以深入的探討碳罐電磁閥工作頻率與油氣濃度以及燃燒性能的詳細(xì)關(guān)系。
作者：李傳海，高攀，王健，滕曉雷，周昌水，樊廷祥，張玉良，吳盛強(qiáng)
作者單位：吉利汽車研究院（寧波）有限公司 寧波315336
來源：2019汽車NVH控制技術(shù)國際研討會(huì)論文集
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