摘要

通過對某國產(chǎn)車的懸置進(jìn)行NVH測試實(shí)驗(yàn),分別在方向盤和座椅導(dǎo)軌處布置加速度傳感器,運(yùn)用LMS.test.lab12A的Spectraltesting模塊分別進(jìn)行頻譜分析和懸置剛體模態(tài)振型分析,得出:怠速懸置隔振已滿足目標(biāo)值要求,3檔全油門加速過程中,各懸置隔振效果較好,車身側(cè)振動(dòng)不大;上下移動(dòng)頻率為3.0Hz,不滿足大于5Hz要求;模態(tài)密度高,且存在高頻率(37Hz)剛體模態(tài),不滿足小于剛體模態(tài)16Hz要求,應(yīng)該提高懸置Z向剛度而降低懸置繞X?Y軸的轉(zhuǎn)向剛度?

關(guān)鍵詞：汽車懸置;NVH;LMS.test.lab/Spectral testing

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)是由發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成及其懸置元件構(gòu)成,并通過懸置元件安裝在車架上?懸置元件是隔離路面不平的振動(dòng)和沖擊載荷傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)上以及發(fā)動(dòng)機(jī)工作激勵(lì)載荷傳遞到車架的重要減振元件,其對汽車的NVH(Noise,Vibration,Harshness)特性有很大的影響[1]?設(shè)計(jì)合理的汽車懸置系統(tǒng)可以減少振動(dòng)傳遞,提高乘坐舒適性[2]?本文采用 LMS 310數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在 LMS.test.lab12A 軟件環(huán)境下對某國產(chǎn)車新狀態(tài)的懸置怠 速 隔 振?車內(nèi)振動(dòng)以及3檔全油門加速懸置隔振進(jìn)行了測試實(shí)驗(yàn),得到懸置系統(tǒng)的振動(dòng)數(shù)據(jù)和各階剛體模態(tài),發(fā)現(xiàn)各懸置的隔振效果和各階模態(tài)對振動(dòng)性能的影響,為進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)懸置系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)?

01 汽車懸置 NVH 特性

汽車NVH是評價(jià)一輛汽車質(zhì)量好壞的的一個(gè)綜合性問題,它能夠最直接地反映出汽車用戶的主觀感受[3]?汽車NVH問題受到世界汽車產(chǎn)業(yè)各大整車制造企業(yè)和零部件企業(yè)的普遍關(guān)注?根據(jù)有關(guān)資料表明,整車近三分之一的故障問題與汽車的NVH問題相關(guān),而在解決汽車的NVH問題上很多汽車企業(yè)花費(fèi)將近百分之二十的研發(fā)費(fèi)[5]?研究汽車的NVH特性,除了有利于改善整個(gè)汽車新產(chǎn)品的開發(fā)過程以外,更有利于改進(jìn)汽車的乘坐舒適性[6]?通過建模分析汽車的某一個(gè)系統(tǒng),可以獲得影響汽車乘坐舒適性最大的因素,進(jìn)而對激勵(lì)源進(jìn)行修正(移頻或者降幅),或者對傳遞到駕駛室內(nèi)的激勵(lì)源振動(dòng)噪聲進(jìn)行控制,從而提高汽車的乘坐舒適性?改善汽車舒適性的主要方面是研究汽車懸置系統(tǒng)的隔振[8]?汽車懸置系統(tǒng)對于整車NVH而言,應(yīng)具有:

1)隔離發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)而引起的車架或車身的振動(dòng)(振幅小);

2)隔離因路面不平度輸入而產(chǎn)生的動(dòng)力總成振動(dòng)(振幅大);

3)支持汽車動(dòng)力總成的重量(150kg-300kg);

4)承受作用于發(fā)動(dòng)機(jī)的一切動(dòng)態(tài)力(加減速?顛簸?轉(zhuǎn)彎);

5)控制動(dòng)力總成的位移和轉(zhuǎn)角?從而,要求懸置要有:

1)較高的靜剛度;

2)低頻(1-50Hz)大阻尼?大剛度,來衰減扭矩的波動(dòng)?加減速和路面激勵(lì);

3)高頻區(qū)域(50Hz以上),應(yīng)阻尼和動(dòng)剛度都小,來降低振動(dòng)傳遞率和提高降噪效果;

4)耐高低溫性能(-40度-120度);

5)良好的耐久性能和位移控制[9][10][11][12]?

02 汽車懸置 NVH 測試實(shí)驗(yàn)的條件實(shí)驗(yàn)的外部條件

在能夠體現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置衰減特性的怠速運(yùn)轉(zhuǎn)以及WOT工況下,測量動(dòng)力總成懸置的振動(dòng)數(shù)據(jù),對懸置的衰減效果進(jìn)行分析?至少包含18個(gè)加速度信號通道的數(shù)據(jù)采集設(shè)備,加速度信號輸入通道采樣頻率不低于102.4kHz,動(dòng)態(tài)范圍不低于94dB?傳感器為高精度三軸加速度傳感器,100mv/g以上精度?選用準(zhǔn)確度優(yōu)于2%的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表或測量儀器來測量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?實(shí)驗(yàn)的道路為平滑的瀝青硬路面,不得有接縫?凹凸不平的表面結(jié)構(gòu),干燥無雜物?實(shí)驗(yàn)的氣象條件包括:a.車外環(huán)境溫度:氣溫在+5℃到+35℃范圍內(nèi);b.沿著試驗(yàn)路線在約1.2m高度的平均風(fēng)速不得超過5m/s?周圍環(huán)境中不能存在較大的振動(dòng)源對車輛或者地面存在振動(dòng)方面的影響[14]。

實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)之前,需要記錄進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的車輛相關(guān)的信息?本實(shí)驗(yàn)中所采用的車輛是某國產(chǎn)車排量為1.5L的直列四缸?發(fā)動(dòng)機(jī)?手動(dòng)變速箱,動(dòng)力總成采用三點(diǎn)懸置固定的汽車[15][16][17]?布置傳感器:三軸加速度傳感器(3個(gè)),分別在三個(gè)懸置的動(dòng)力總成側(cè)以及對應(yīng)的車身側(cè)各安裝一個(gè)三軸加速度傳感器,以及分別在方向盤和座椅導(dǎo)軌處安裝一個(gè)加速度傳感器?安裝數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?轉(zhuǎn)速儀?設(shè)置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件:分析頻率Bandwidth:1000Hz;頻率分辨率:1Hz?實(shí)驗(yàn)工況包括:怠速工況和加速工況?其中,按照怠速工況運(yùn)轉(zhuǎn)車輛,測試10s,記錄試驗(yàn)時(shí)的車輛轉(zhuǎn)速,試驗(yàn)需重復(fù)3次;加速工況需要始終記錄發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集區(qū)間為最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速至發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速[18]?

實(shí)驗(yàn)后的分析對于怠速工況:計(jì)算各個(gè)懸置的三方向的振動(dòng)速度(mm/s)vs頻率(5-100Hz);計(jì)算各個(gè)懸置的三方向振動(dòng)速度的RMS值(mm/s)vs頻率(5-100Hz)?計(jì)算振動(dòng)Overall速度RSS值mm/s?對于加速工況:計(jì)算三方向振動(dòng)速度的Overall曲線;計(jì)算三方向振動(dòng)速度的RMS之后的Overall曲線?FFT參數(shù):1)頻率分辨率盡可能接近1Hz;2)Hanning窗,energycorrected,overlap50%,no.ofaverages20(怠速工況);3)所有涉及階次的測試,采用三條譜線法提取階次,階次分辨率取0.1?

03 汽車懸置 NVH 測試實(shí)驗(yàn)

頻譜分析實(shí)驗(yàn)

對該車懸置怠速隔振?車內(nèi)振動(dòng)以及3檔全油門加速懸置隔振進(jìn)行了測試[19],測試結(jié)果如下:怠速工況下,懸置隔振目標(biāo)值設(shè)定為大于20dBA,測試結(jié)果為左懸置X方向33.9dBA?Y方向21.2dBA?Z方向20.4dBA;右懸置X方向34.8dBA?Y方向23.7dBA?Z方向25.6dBA;后懸置X方向27.9dBA?Y方向20.8dBA?Z方向25.4dBA?方向盤目標(biāo)值無負(fù)載工況下為1.0mm/s,開空調(diào)工況下為2.0mm/s,測試結(jié)果為無負(fù)載下為1.2mm/s,開空調(diào)工況下為2.7mm/s?座椅導(dǎo)軌目標(biāo)值無負(fù)載工況下為0.5mm/s,開空調(diào)工況下為1.0mm/s,測試結(jié)果為無負(fù)載下為0.4mm/s,開空調(diào)工況下為0.6mm/s?3檔全油門加速過程中,各懸置隔振效果較好,車身側(cè)振動(dòng)不大?表1為怠速車內(nèi)振動(dòng)數(shù)據(jù)(圖1),表2為怠速懸置隔振數(shù)據(jù)(圖2至圖4)?

懸置剛度模態(tài)實(shí)驗(yàn)

在進(jìn)行頻譜分析之后,緊接著利用LMS.test.lab12A軟件中Spectraltesting模塊進(jìn)行懸置剛度模態(tài)分析[20]?懸置剛體模態(tài)應(yīng)在5-16Hz之間,最好只存在6個(gè)獨(dú)立剛體模態(tài),耦合模態(tài)越少越好,怠速激勵(lì)頻率與最高橫向轉(zhuǎn)動(dòng)頻率應(yīng)大于■2,上下移動(dòng)頻率應(yīng)高于5Hz?如表3所示(圖5)?

a.動(dòng)力總成坐標(biāo)系說明:

X向———發(fā)動(dòng)機(jī)指向變速箱為+X向;

Z向———垂直地面向上為+Z向;

Y向———滿足右手法則,可確定+Y向?

b.振型說明:

前后移動(dòng):

沿X軸向移動(dòng);

左右移動(dòng):

沿Y軸向移動(dòng);

上下移動(dòng):沿Z軸向移動(dòng);

橫向轉(zhuǎn)動(dòng):繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng);

縱向轉(zhuǎn)動(dòng):繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng);

左右轉(zhuǎn)動(dòng):繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)?

根據(jù)懸置剛體的模態(tài)振型,可以得到:

(1)頻率分布上看,存在27.4Hz的橫向轉(zhuǎn)動(dòng),考慮發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)主要激勵(lì)頻率在23Hz附近,兩者比值為0.83(23/27.6),不滿足大于2要求,須關(guān)注此階模態(tài)對振動(dòng)性能影響;

(2)上下移動(dòng)頻率為3.0Hz,不滿足大于5Hz要求;

(3)模態(tài)密度高,且存在高頻率(37?60Hz)剛體模態(tài),不滿足小于剛體模態(tài)小于16Hz要求,懸置應(yīng)優(yōu)化?

04 結(jié)論

(1)通過汽車懸置 NVH 測試實(shí)驗(yàn),可以很好地識別出車內(nèi)振動(dòng)數(shù)據(jù)?懸置隔振數(shù)據(jù)和懸置剛體模態(tài)振型?

(2)通過頻譜分析,得出該車怠速懸置隔振已滿足目標(biāo)值要求,3檔全油門加速過程中,各懸置隔振效果較好,車身側(cè)振動(dòng)不大?

(3)通過懸置剛體模態(tài)振型分析,應(yīng)該提高懸置 Z向剛度而降低懸置繞 X?Y 軸的轉(zhuǎn)向剛度?

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作者：劉興恕，姚小勇

湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院，湖南 株洲