某車輛加速共振問題分析和優化

呂孟理，盧劍偉，季明微，康海波

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

設計研究

某車輛加速共振問題分析和優化

呂孟理，盧劍偉，季明微，康海波

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

車輛的動力傳動系統扭轉振動是影響汽車NVH性能的重要因素之一。文章以某MPV的加速共振為研究對象，通過對車輛的加速噪音、振動測試，確認該車存在較嚴重加速共振問題，進一步分析確認加速共振與動力傳動系統的扭振有關。利用Imagine.Lab AMESim（簡稱AMESim）軟件對動力傳動系統進行建模，分析不同影響因素對對扭振的影響，最終確定優化方案并進行了驗證。

傳動系統；加速；扭振

Abstract:The torsional vibration of power train is one of the important factors that affect NVH. In this paper, the acceleration resonance of a vehicle is studied. The acceleration noise and vibration tests show that the vehicle has a serious acceleration resonance problem. Further analysis confirms that the acceleration resonance is related to the torsional vibration of the power train. Imagine.LabAMESim (AMESim) software is used to build a power train model, and the optimization effect of different schemes on torsional vibration is analyzed. Finally, the improvement scheme is confirmed and verified.

Keywords: power train; acceleration resonance; torsional vibration

CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-01-04

前言

車輛在行駛過程中，發動機的激勵以及路面輸入激勵都會引起傳動系統的載荷變化，進而產生傳動系統的扭轉振動。在汽車工程設計中，對汽車動力傳動系統的扭轉振動及噪聲的控制歷來都是人們關注的重點，當來自外界的干擾激勵主要是發動機周期性扭轉激勵的頻率與動力傳動系統的固有頻率重合時，便會產生扭轉共振,這將會引起車身的垂向和縱向的振動、以及共振噪音，這些都將影響了車輛的乘坐舒適性，這就使得研究汽車傳動系統扭振問題具有更為重要的意義。

1 動力傳動系統強迫振動的原理

圖1 動力傳動系扭轉振動模型

發動機的曲柄連桿機構慣性力矩、燃燒做功的干擾力矩周期性變化是動力傳動系產生扭轉共振的重要原因。車輛動力及傳動系統包含發動機、離合器、變速器、傳動軸、后橋、車輪等。將動力傳動系統建成的集中質量，無質量的彈簧和阻尼扭轉振動模型如圖1所示。

根據所建立的動力傳動系統扭振模型，將簡化后得到的各慣性元件、彈性元件以及阻尼參數帶入下式，整理成下式所示的動力傳動系統強迫運動方程：

式中：

J1、J2…Jn，各轉動件慣量，單位為(kg.m2)；

K1、K2…Kn?1,各轉動件的扭轉剛度，單位為(Nm/rad )；

C1、C2、C3、C4…C1'、C2'、C3'阻尼系數,單位（Nm.s/rad）；

θ1、θ2…θn,轉動件的扭轉角位移，單位為（rad）；

M1、M2、M3、M4為輸入的激勵扭矩，單位為（Nm）；

2 某車輛加速共振測試分析

2.1 車輛加速共振測試傳感器布置

本次測試使用西門子LMS SCADAS Mobile便攜數采系統，利用LMS Test.Lab軟件進行測試和數據分析。測試項目包括駕駛員右耳噪音、駕駛員座椅導軌骨架、傳動軸吊掛、變速器軸承座殼體表面振動、后橋輸入端橋殼振動、發動機飛輪和傳動軸(前半軸)2階角加速度等。

2.2 車輛加速共振測試

某MPV反饋4擋加速時在1200rpm左右時，存在較為的明顯轟鳴音，并且伴隨座椅、地板的共振。在進行NVH測試時，采用對1000rpm～3000rpm全油門加速工況進行測試，選擇路面平整無車輛影響的良好柏油路面。

2.2.1 駕駛員內耳噪音

圖2 駕駛員內耳噪音彩圖

圖3 駕駛員內耳聲壓級

通過近場噪音回放，在發動機轉速1200rpm左右，內耳有較為明顯的轟鳴音，轟鳴音頻域范圍為 1000Hz～7000Hz左右，對比內耳聲壓級可以明顯看到1200rpm左右噪音存在明顯峰值。

2.2.2 座椅骨架、傳動軸吊掛、后橋輸入端殼體、變速器殼體處振動

通過座椅骨架和傳動軸吊掛處振動數據，可以明顯看到在1200rpm左右有較為明顯的峰值，這與內耳噪音趨勢非常相同，后橋輸入端殼體和變速器殼體振動在1200rpm左右沒有明顯峰值。

圖4 傳動軸中間吊掛振動

圖5 駕駛員座椅導軌振動

圖6 后橋輸入端殼體振動

圖7 變速器殼體振動

2.2.3 發動機飛輪與傳動軸2階角加速度

圖8 飛輪、傳動軸的2階角加速度

發動機飛輪2階角加速度在1200rpm沒有明顯峰值，傳動軸2階角加速度在1200rpm左右有較大峰值，與傳動軸吊掛、駕駛員座椅導軌振動趨勢相符。

2.3 測試結論

通過上述振動、噪音測試，4擋在1200rpm左右的加速轟鳴音可以確認與傳動軸的2階扭振動有關，傳動系統的扭振導致了傳動軸吊掛、座椅導軌的異常振動。駕駛員內耳噪音、傳動軸的2階角加速度、傳動軸吊掛以及座椅導軌振動可以作為加速共振的衡量指標。

3 車輛加速共振建模分析

3.1 整車建模

利用西門子Imagine.Lab AMESim（簡稱AMESim）軟件的零部件庫，分別建立發動機、離合器、變速器、傳動軸、后橋等再組合成為整車模型，進而從整車系統上分析飛輪慣量、離合器剛度、離合器阻尼、后橋主減速比對整車加速共振的影響趨勢。

3.2 影響因素分析

本文將傳動軸的2階角加速度作為主要研究對象，分析不同因素變化對4擋加速工況共振的影響。分析時，將各因素的偏小值（run1）、設計值（run2）、偏大值（run3）進行對比，分析各影響因素的影響趨勢。

3.2.1 飛輪慣量的影響

?

圖9 三種飛輪慣量的傳動軸2階角加速度

結論：發動機飛輪慣量增加將有助于減小發動機轉速1200rpm左右的傳動軸2階角加速度。

3.2.2 離合剛度的影響

?

圖10 三種離合器剛度的傳動軸2階角加速度

結論：離合剛度對減小發動機轉速1200rpm左右的傳動軸2階角加速度不明顯。

3.2.3 離合阻尼的影響

?

圖11 三種離合器阻尼的傳動軸2階角加速度

結論：離合器阻尼降低將有助于減小發動機轉速1200rpm左右的傳動軸2階角加速度。

3.2.4 后橋速比的影響

?

圖12 三種后橋速比的傳動軸2階角加速度

結論：后橋速比的增加將有助于減小發動機轉速 1200 rpm左右的傳動軸2階角加速度。

4 加速共振優化方案驗證

4.1 加速共振優化方案選擇

根據建模分析結論，選擇驗證方案如下：

表1

4.2 加速共振優化方案驗證

本文對上述驗證方案進行合并驗證，將駕駛員內耳噪音、傳動軸的2階角加速度、傳動軸吊掛以及座椅導軌振動作為加速共振的衡量指標，分析優化方案的驗證效果。

4.2.1 駕駛員內耳噪音

圖13 駕駛員內耳聲壓級

結論：通過內耳聲壓級對比，可以明顯看到1200rpm左右噪音有明顯減小。

4.2.2 座椅骨架、傳動軸吊掛振動

圖14 傳動軸中間吊掛振動

圖15 駕駛員座椅導軌振動

通過座椅骨架和傳動軸吊掛處振動數據，可以明顯看到在1200rpm左右有較為明顯的峰值，這與內耳噪音趨勢非常相同，后橋輸入端殼體和變速器殼體振動在1200rpm左右沒有明顯峰值。

4.2.3 發動機飛輪與傳動軸2階角加速度

圖16 飛輪、傳動軸的2階角加速度

發動機飛輪2階角加速度在1200rpm峰值有較明顯減小，傳動軸2階角加速度在1200rpm左右有明顯降低。

4.3 測試結論

上述加速振動、噪音測試表明，通過優化飛輪慣量、離合器剛度、離合器阻尼、后橋速比可以明顯改善該車輛的加速共振問題。

5 結論

文章通過振動、噪音測試，確定4擋在1200rpm左右存在較為明顯共振問題，通過進一步的分析，確認加速共振與動力傳動系統的扭振有關。動力傳動系統的扭振導致了傳動軸吊掛、座椅導軌的異常振動和駕駛員內耳噪音的明顯增大。駕駛員內耳噪音聲壓級、傳動軸的2階角加速度、傳動軸吊掛以及座椅導軌振動可以作為加速共振的衡量指標。

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Analysis and optimization of a vehicle acceleration resonance

Lv Mengli, Lu Jianwei, Ji Mingwei, Kang Haibo
（AnHui JiangHuai Automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601）

U467 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)18-01-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.001

呂孟理，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。