某国产汽车悬置 ＮＶＨ 测试实验研究

摘要

通过对某国产车的悬置进行NVH测试实验,分别在方向盘和座椅导轨处布置加速度传感器,运用LMS.test.lab12A的Spectraltesting模块分别进行频谱分析和悬置刚体模态振型分析,得出:怠速悬置隔振已满足目标值要求,3档全油门加速过程中,各悬置隔振效果较好,车身侧振动不大;上下移动频率为3.0Hz,不满足大于5Hz要求;模态密度高,且存在高频率(37Hz)刚体模态,不满足小于刚体模态16Hz要求,应该提高悬置Z向刚度而降低悬置绕X､Y轴的转向刚度｡

关键词：汽车悬置;NVH;LMS.test.lab/Spectral testing

汽车发动机悬置系统是由发动机动力总成及其悬置元件构成,并通过悬置元件安装在车架上｡悬置元件是隔离路面不平的振动和冲击载荷传递到发动机上以及发动机工作激励载荷传递到车架的重要减振元件,其对汽车的NVH(Noise,Vibration,Harshness)特性有很大的影响[1]｡设计合理的汽车悬置系统可以减少振动传递,提高乘坐舒适性[2]｡本文采用 LMS 310数据采集系统在 LMS.test.lab12A 软件环境下对某国产车新状态的悬置怠 速 隔 振､车内振动以及3档全油门加速悬置隔振进行了测试实验,得到悬置系统的振动数据和各阶刚体模态,发现各悬置的隔振效果和各阶模态对振动性能的影响,为进一步优化设计悬置系统奠定基础｡

01 汽车悬置 NVH 特性

汽车NVH是评价一辆汽车质量好坏的的一个综合性问题,它能够最直接地反映出汽车用户的主观感受[3]｡汽车NVH问题受到世界汽车产业各大整车制造企业和零部件企业的普遍关注｡根据有关资料表明,整车近三分之一的故障问题与汽车的NVH问题相关,而在解决汽车的NVH问题上很多汽车企业花费将近百分之二十的研发费[5]｡研究汽车的NVH特性,除了有利于改善整个汽车新产品的开发过程以外,更有利于改进汽车的乘坐舒适性[6]｡通过建模分析汽车的某一个系统,可以获得影响汽车乘坐舒适性最大的因素,进而对激励源进行修正(移频或者降幅),或者对传递到驾驶室内的激励源振动噪声进行控制,从而提高汽车的乘坐舒适性｡改善汽车舒适性的主要方面是研究汽车悬置系统的隔振[8]｡汽车悬置系统对于整车NVH而言,应具有:

1)隔离发动机的激励而引起的车架或车身的振动(振幅小);

2)隔离因路面不平度输入而产生的动力总成振动(振幅大);

3)支持汽车动力总成的重量(150kg-300kg);

4)承受作用于发动机的一切动态力(加减速､颠簸､转弯);

5)控制动力总成的位移和转角｡从而,要求悬置要有:

1)较高的静刚度;

2)低频(1-50Hz)大阻尼､大刚度,来衰减扭矩的波动､加减速和路面激励;

3)高频区域(50Hz以上),应阻尼和动刚度都小,来降低振动传递率和提高降噪效果;

4)耐高低温性能(-40度-120度);

5)良好的耐久性能和位移控制[9][10][11][12]｡

02 汽车悬置 NVH 测试实验的条件实验的外部条件

在能够体现发动机悬置衰减特性的怠速运转以及WOT工况下,测量动力总成悬置的振动数据,对悬置的衰减效果进行分析｡至少包含18个加速度信号通道的数据采集设备,加速度信号输入通道采样频率不低于102.4kHz,动态范围不低于94dB｡传感器为高精度三轴加速度传感器,100mv/g以上精度｡选用准确度优于2%的发动机转速表或测量仪器来测量发动机转速｡实验的道路为平滑的沥青硬路面,不得有接缝､凹凸不平的表面结构,干燥无杂物｡实验的气象条件包括:a.车外环境温度:气温在+5℃到+35℃范围内;b.沿着试验路线在约1.2m高度的平均风速不得超过5m/s｡周围环境中不能存在较大的振动源对车辆或者地面存在振动方面的影响[14]。

实验前的准备

实验之前,需要记录进行实验的车辆相关的信息｡本实验中所采用的车辆是某国产车排量为1.5L的直列四缸､发动机､手动变速箱,动力总成采用三点悬置固定的汽车[15][16][17]｡布置传感器:三轴加速度传感器(3个),分别在三个悬置的动力总成侧以及对应的车身侧各安装一个三轴加速度传感器,以及分别在方向盘和座椅导轨处安装一个加速度传感器｡安装数据采集系统､转速仪｡设置数据采集系统软件:分析频率Bandwidth:1000Hz;频率分辨率:1Hz｡实验工况包括:怠速工况和加速工况｡其中,按照怠速工况运转车辆,测试10s,记录试验时的车辆转速,试验需重复3次;加速工况需要始终记录发动机转速,试验数据采集区间为最低稳定转速至发动机额定转速[18]｡

实验后的分析对于怠速工况:计算各个悬置的三方向的振动速度(mm/s)vs频率(5-100Hz);计算各个悬置的三方向振动速度的RMS值(mm/s)vs频率(5-100Hz)｡计算振动Overall速度RSS值mm/s｡对于加速工况:计算三方向振动速度的Overall曲线;计算三方向振动速度的RMS之后的Overall曲线｡FFT参数:1)频率分辨率尽可能接近1Hz;2)Hanning窗,energycorrected,overlap50%,no.ofaverages20(怠速工况);3)所有涉及阶次的测试,采用三条谱线法提取阶次,阶次分辨率取0.1｡

03 汽车悬置 NVH 测试实验

频谱分析实验

对该车悬置怠速隔振､车内振动以及3档全油门加速悬置隔振进行了测试[19],测试结果如下:怠速工况下,悬置隔振目标值设定为大于20dBA,测试结果为左悬置X方向33.9dBA､Y方向21.2dBA､Z方向20.4dBA;右悬置X方向34.8dBA､Y方向23.7dBA､Z方向25.6dBA;后悬置X方向27.9dBA､Y方向20.8dBA､Z方向25.4dBA｡方向盘目标值无负载工况下为1.0mm/s,开空调工况下为2.0mm/s,测试结果为无负载下为1.2mm/s,开空调工况下为2.7mm/s｡座椅导轨目标值无负载工况下为0.5mm/s,开空调工况下为1.0mm/s,测试结果为无负载下为0.4mm/s,开空调工况下为0.6mm/s｡3档全油门加速过程中,各悬置隔振效果较好,车身侧振动不大｡表1为怠速车内振动数据(图1),表2为怠速悬置隔振数据(图2至图4)｡

悬置刚度模态实验

在进行频谱分析之后,紧接着利用LMS.test.lab12A软件中Spectraltesting模块进行悬置刚度模态分析[20]｡悬置刚体模态应在5-16Hz之间,最好只存在6个独立刚体模态,耦合模态越少越好,怠速激励频率与最高横向转动频率应大于■2,上下移动频率应高于5Hz｡如表3所示(图5)｡

a.动力总成坐标系说明:

X向———发动机指向变速箱为+X向;

Z向———垂直地面向上为+Z向;

Y向———满足右手法则,可确定+Y向｡

b.振型说明:

前后移动:

沿X轴向移动;

左右移动:

沿Y轴向移动;

上下移动:沿Z轴向移动;

横向转动:绕X轴转动;

纵向转动:绕Y轴转动;

左右转动:绕Z轴转动｡

根据悬置刚体的模态振型,可以得到:

(1)频率分布上看,存在27.4Hz的横向转动,考虑发动机怠速时主要激励频率在23Hz附近,两者比值为0.83(23/27.6),不满足大于2要求,须关注此阶模态对振动性能影响;

(2)上下移动频率为3.0Hz,不满足大于5Hz要求;

(3)模态密度高,且存在高频率(37､60Hz)刚体模态,不满足小于刚体模态小于16Hz要求,悬置应优化｡

04 结论

(1)通过汽车悬置 NVH 测试实验,可以很好地识别出车内振动数据､悬置隔振数据和悬置刚体模态振型｡

(2)通过频谱分析,得出该车怠速悬置隔振已满足目标值要求,3档全油门加速过程中,各悬置隔振效果较好,车身侧振动不大｡

(3)通过悬置刚体模态振型分析,应该提高悬置 Z向刚度而降低悬置绕 X､Y 轴的转向刚度｡

【参考文献】

[1]陶磊,陈爱娣,伍英华,刘保国.重型汽车动力总成系统NVH优化[J].重型汽车,2021(06):21-22.

[2]周玲.乘用车啸叫异响及其改进方法研究[J].内燃机与配件,2021(20):136-137.

[3]李正辉,张山峰,项兴富.发动机悬置系统刚度的研究[J].汽车实用技术,2021,46(08):43-44+48.

[4]王海波.汽车动力总成悬置系统隔振特性实验研究[J].中国汽车,2020(02):53-57.

[5]赵敬,苏辰,刘鹏,金善玉.汽车悬置支架动刚度对车身NVH性能影响的分析[J].汽车工程师,2019(05):50-51+59.

[6]宋立爽.悬置支架的NVH性能优化设计[J].机械研究与应用,2019,32(02):141-142.

[7]李海兵.汽车NVH综合测试评价方法及应用[J].环境技术,2018,36(06):70-76.

[8]沈源,杨陈,邓晓龙,杨万里,余靖,顾鹏云.增压直喷三缸汽油机的NVH开发与优化[J].汽车安全与节能学报,2018,9(04):359-369.

[9]宋庆谱,孙滔,曾帅,张春燕.基于整车NVH性能的动力总成悬置系统优化[J].农业装备与车辆工程,2018,56(11):66-71.

[10]黄秋生.某汽车怠速抖动问题分析与改进[J].汽车实用技术,2018(18):95-97.

[11]蒋孙权.汽车动力总成悬置系统布置研究[J].科技风,2018(24):3+12.

[12]任爽,宫振兴,苏少博.悬置系统动刚度对整车NVH性能的影响和优化[J].汽车实用技术,2018(13):105-107.

[13]雷冰芬,房拴虎.动力总成悬置NVH性能分析及优化[J].北京汽车,2017(06):32-36.

[14]李伟平,尹文锋,曾亮铭,杨玉清,毛光军.基于高维模型的客车发动机悬置系统NVH性能优化[J].噪声与振动控制,2017,37(06):61-66.

[15]张兴,王方,彭宜爱.Hypermesh在动力总成悬置系统NVH改进中的应用[J].汽车实用技术,2017(16):152-154.

[16]《中国公路学报》编辑部.中国汽车工程学术研究综述·2017[J].中国公路学报,2017,30(06):1-197.

[17]韩启明,白珏,李卉.动力悬置支架动刚度分析及轻量化方法研究[J].企业科技与发展,2017(04):56-58+62.

[18]牛立亚,刘健,曹付广,王胜涛,王强,顾新雷,马燕,何荣章.节气门开度对柴油乘用车NVH性能影响的试验研究[J].柴油机,2017,39(02):20-23.

[19]李宁,李赞元,钟富.汽车NVH性能开发的关键技术与建议[J].时代汽车,2017(06):24-25.

[20]欧阳卡.商用汽车动力总成悬置结构选型方法[J].企业科技与发展,2016(12):34-36.

作者：刘兴恕，姚小勇

湖南汽车工程职业学院，湖南 株洲