振動(dòng)平臺(tái)在整車異響解析方面的應(yīng)用

劉小銳，徐諾舟，張威，陳周明

(廣汽本田汽車有限公司，廣東廣州 510700)

0 引言

隨著乘客和駕駛員對(duì)駕駛舒適性的要求不斷提高，整車NVH水平越來越受顧客的關(guān)注。在車身振動(dòng)和噪聲的作用下，乘員舒適性的主觀感受的變化特性，就是汽車的NVH特性。NVH是指噪聲(Noise)、振動(dòng)(Vibration)和聲振粗糙度(Harshness)。隨著汽車不斷地輕量化、經(jīng)濟(jì)化設(shè)計(jì)，汽車變得更加省油，續(xù)航能力更強(qiáng)，操控性能更好，但在一定程度上使得整車異響發(fā)生率增大。同時(shí)，汽車新裝備、新結(jié)構(gòu)的增加也會(huì)新發(fā)一些復(fù)合型的異響。

在過去，傳統(tǒng)異響解析方法是整車在特定跑道上跑行，通過不同特性的跑道檢證并解析整車異響，針對(duì)內(nèi)飾件的異響通過跑道解析往往可以解決，但針對(duì)車外例如發(fā)動(dòng)機(jī)艙、底盤、尾燈、前后保險(xiǎn)杠的異響往往難以一次性準(zhǔn)確解析，同時(shí)在跑道上，由于駕駛員、天氣等不定因素的影響，往往多次跑行才能復(fù)現(xiàn)異響，導(dǎo)致解析效率大大下降，因此導(dǎo)入四立柱振動(dòng)平臺(tái)對(duì)整車異響全方位檢證。振動(dòng)設(shè)備為提高解析準(zhǔn)確率和解析速率，提高整車NVH水平，加速新車型快速品熟有重要意義。

1 背景及試驗(yàn)平臺(tái)介紹

1.1 背景

最新對(duì)中國67個(gè)汽車品牌中的汽車調(diào)查顯示，中國汽車行業(yè)新車質(zhì)量問題，一共有233個(gè)問題點(diǎn)，平均每百輛車有95個(gè)抱怨問題。在中國，消費(fèi)者抱怨最多的前10個(gè)問題中，有6項(xiàng)屬于異響相關(guān)的問題，包括胎噪聲過大、風(fēng)噪聲過大、風(fēng)扇/鼓風(fēng)機(jī)噪聲過大、剎車有噪聲、座椅產(chǎn)生雜音異響、發(fā)動(dòng)機(jī)異響。市場抱怨中雜音比例逐年上升，如圖1所示。

圖1 市場抱怨比例

汽車在生產(chǎn)過程中，由于流水線作業(yè)，每個(gè)崗位的不同操作人員難以保證裝配一致性問題，同時(shí)汽車各個(gè)零件也會(huì)有精度品質(zhì)的波動(dòng)，當(dāng)然每一輛車在出廠時(shí)都會(huì)經(jīng)過一系列的檢查。針對(duì)異響方面的檢查，國內(nèi)大部分主機(jī)廠均采用實(shí)車跑道跑行，有的只是定期對(duì)車內(nèi)異響進(jìn)行抽檢。中國道路環(huán)境復(fù)雜多樣，在特定檢證道路跑行能夠檢出的異響是不夠全面的，市場上抱怨的問題具有一定的特定性，諸如高溫高寒的極限溫度環(huán)境、鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)道路等。異響檢證顯在化不充分、不全面，課題封閉不徹底，導(dǎo)致量產(chǎn)初期異響新發(fā)不斷，課題再發(fā)率高，是新車型品熟階段面臨的問題。不斷完善新車型雜音檢證條件，加入更多的檢證道路和環(huán)境條件，提高雜音異響的顯在化能力，對(duì)于保證新車型品質(zhì)至關(guān)重要。

實(shí)車跑行檢查由于車輛是在行進(jìn)過程中，駕駛員必須時(shí)刻保持車輛的行進(jìn)狀態(tài)，提高了主駕駛位置異響解析難度。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管路之間的干涉碰撞異響，在車內(nèi)由于儀表臺(tái)、隔音材料的影響，異響傳遞路徑復(fù)雜，無法直接在車外進(jìn)行解析。對(duì)比三廂車、兩廂車的尾門及尾燈在一般壞路或者扭力下降路的激勵(lì)下發(fā)出的雜音異響更直接影響車內(nèi)的噪聲水平，被車內(nèi)乘客和司機(jī)抱怨。對(duì)于諸如尾燈、后視鏡、發(fā)動(dòng)機(jī)艙、底盤零件等外部零件，若能夠在車輛振動(dòng)過程中，直接接近振動(dòng)發(fā)聲源進(jìn)行解析，將有助于提高解析效率，節(jié)省時(shí)間成本。不需要司機(jī)進(jìn)行駕駛操作，甚至可以拆除中控儀表后再進(jìn)行深入解析，尋找異響源。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，車輛的異響抱怨集中發(fā)生在購車6個(gè)月以內(nèi)，而主機(jī)廠生產(chǎn)的車輛，從下線到顧客手中，實(shí)際行駛的路程一般不會(huì)超過50 km，由于工藝的原因，有的雜音和異響在出廠后會(huì)很快消除，如玻璃膠未干導(dǎo)致的前擋玻璃異響、玻璃升降異響等，而有的卻會(huì)在車輛行駛一定路程后才顯現(xiàn)出來的異響，如制冷系統(tǒng)內(nèi)部異響、儀表臺(tái)異響、減震器異響等[1]。站在顧客的角度，快速模擬顧客前期使用習(xí)慣，檢證車輛的NVH性能，需要司機(jī)在道路上長時(shí)間連續(xù)駕駛，需要投入較大的人力和時(shí)間。

振動(dòng)平臺(tái)在整車異響解析方面的應(yīng)用對(duì)整車品質(zhì)、工作效率的提高有重要意義。

1.2 整車振動(dòng)平臺(tái)介紹

MTS 320 型輪胎耦合道路模擬機(jī)通過對(duì)車輛輪胎施加垂直力，在測試實(shí)驗(yàn)室中測得與在原始路況下幾乎完全相同的作動(dòng)器位移數(shù)據(jù)。如圖2所示，振動(dòng)平臺(tái)系統(tǒng)硬件分為3個(gè)系統(tǒng)，分別為冷卻系統(tǒng)、作動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。動(dòng)力源為210 MPa的高壓油，精密加工的電液三級(jí)伺服閥具有流量高、響應(yīng)快速和失真低的性能，能夠有效輸送大容量液壓油以滿足耐久性測試的要求。

圖2 MTS系統(tǒng)介紹

振動(dòng)平臺(tái)可用于結(jié)構(gòu)耐久性測試、下線生產(chǎn)質(zhì)量測試、駕乘舒適度測試、異響測試、賽車開發(fā)，國內(nèi)外大多數(shù)主機(jī)廠均配備振動(dòng)設(shè)備，振動(dòng)平臺(tái)工作示意圖如圖3所示。

圖3 振動(dòng)平臺(tái)工作示意

計(jì)算機(jī)軟件中的路譜信號(hào)，經(jīng)控制器轉(zhuǎn)換為油源伺服閥的開閉信號(hào)，高壓油在管路中往復(fù)推動(dòng)作動(dòng)缸中的活塞，實(shí)現(xiàn)作動(dòng)缸上下運(yùn)動(dòng)，模擬出整車行駛的振動(dòng)狀態(tài)；液壓油源中的高壓油泵產(chǎn)生的多余熱量通過換熱器傳導(dǎo)到冷卻系統(tǒng)中。

1.3 過往異響檢證思路

在新車型階段，對(duì)試制車進(jìn)行跑道跑行，根據(jù)再發(fā)防止和未然防止檢證清單，提取異響項(xiàng)目，現(xiàn)狀分析——針對(duì)異響項(xiàng)目進(jìn)行跑道再次跑行，尋找異響源進(jìn)行解析，針對(duì)解析結(jié)論確定實(shí)施對(duì)策，最后進(jìn)行對(duì)策效果的確認(rèn)。異響項(xiàng)目的解析和封閉是一個(gè)不斷PDCA的過程，其流程如圖4所示，但在C-效果確認(rèn)階段需要多次跑道跑行，耗時(shí)較長。汽車在檢證跑道上行駛時(shí)，受到的路面激勵(lì)較大，駕駛條件惡劣，發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、胎噪、路噪和風(fēng)噪一定程度影響對(duì)異響的評(píng)定。同時(shí)受到駕駛員操作、天氣環(huán)境等不可重復(fù)的因素影響，容易導(dǎo)致異響不再現(xiàn)，而判定為對(duì)策有效，進(jìn)而課題流出至下一階段。

圖4 兩種檢證模式的比較

1.4 整車振動(dòng)平臺(tái)解析思路

將整車振動(dòng)平臺(tái)運(yùn)用于異響解析，首先提取異響的多個(gè)激勵(lì)條件，將車輛放在整車振動(dòng)平臺(tái)上，按照與激勵(lì)條件匹配的路譜條件進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，記錄異響再現(xiàn)的路譜，進(jìn)行異響解析和對(duì)策實(shí)施，在效果驗(yàn)證階段，只需單獨(dú)驗(yàn)證異響再現(xiàn)的特定路譜即可快速有效地確定對(duì)策實(shí)施的效果，無需多次的跑道跑行，不受駕駛員、環(huán)境等條件的制約，無胎噪、路噪等噪聲干擾。

2 MTS道路模擬試驗(yàn)

2.1 使用目的的確認(rèn)

MTS振動(dòng)平臺(tái)作為專業(yè)的道路模擬試驗(yàn)平臺(tái)，在主機(jī)廠內(nèi)的品質(zhì)改善活動(dòng)主要有兩種目的：市場初期耐久檢證與動(dòng)態(tài)不良再現(xiàn)。

市場初期耐久檢證：根據(jù)2013—2018 POWER發(fā)布的中國新車質(zhì)量研究(IQS)報(bào)告統(tǒng)計(jì)，一輛新車的異響抱怨，有70%發(fā)生在0～2 000 km的社會(huì)道路跑行。所以為了防止車輛在經(jīng)歷社會(huì)道路的初期耐久后爆發(fā)相關(guān)市場投訴，在新車型試做與量產(chǎn)車輛抽查中，會(huì)利用MTS道路模擬試驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)車輛進(jìn)行等效2 000 km社會(huì)道路的初期耐久檢證。

使用MTS道路模擬試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行相關(guān)耐久檢證，相比實(shí)車道路檢證，有許多優(yōu)勢(表1)。

表1 MTS模擬試驗(yàn)與道路試驗(yàn)對(duì)比(初期耐久)

動(dòng)態(tài)不良再現(xiàn)：車輛量產(chǎn)階段，在新車下線后，經(jīng)過整車檢查部門動(dòng)態(tài)檢查后，發(fā)現(xiàn)有相關(guān)動(dòng)態(tài)不良，記錄下相關(guān)路段與時(shí)速后，可以借助振動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行不良再現(xiàn)。

在新車型階段，是不良集中高發(fā)的階段，可以利用振動(dòng)平臺(tái)，進(jìn)行集中快速解析。

而借助振動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行不良再現(xiàn)解析，相比于實(shí)車道路跑行，也有許多優(yōu)勢(表2)。

表2 MTS模擬試驗(yàn)與道路試驗(yàn)對(duì)比(不良再現(xiàn))

2.2 檢證觀點(diǎn)的提取來源

從第2.1節(jié)的試驗(yàn)?zāi)康目芍?，道路模擬實(shí)驗(yàn)在主機(jī)廠，更多是一種強(qiáng)化檢證手段，即帶著某些檢證觀點(diǎn)與檢證目的來進(jìn)行試驗(yàn)。而帶著檢證觀點(diǎn)進(jìn)入試驗(yàn)也能大大提高檢證效率。

而相應(yīng)檢證觀點(diǎn)的提取來源，也根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康牡牟煌譃閮深悾?1)以不良再現(xiàn)為目的的道路模擬試驗(yàn)。該試驗(yàn)的檢證觀點(diǎn)來源即為實(shí)車道路動(dòng)態(tài)檢查的指摘項(xiàng)目。(2)以市場初期耐久檢證為目的的道路模擬實(shí)驗(yàn)。該試驗(yàn)由于無一次解析結(jié)論指導(dǎo)，需要借助已有的檢證觀點(diǎn)集。

(1)再發(fā)防止清單

在新車型試做階段，借助過往新車型檢證得到的多發(fā)不良數(shù)據(jù)庫，根據(jù)該新車型的規(guī)格設(shè)定，篩選出該車型可能再發(fā)的相關(guān)不良清單如圖5所示。

圖5 某車型再發(fā)防止清單

(2)未然防止清單

根據(jù)車型的圖紙規(guī)格，提取不良隱患點(diǎn)，在新車型工作伊始便將相應(yīng)觀點(diǎn)匯集成未然防止清單。

2.3 試驗(yàn)路譜的編排

目前，MTS道路模擬系統(tǒng)使用的路譜是利用廠內(nèi)惡路采集的。根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康牡牟煌?，路譜的使用方法也有所不同。

不良再現(xiàn)試驗(yàn)：根據(jù)車輛在實(shí)際道路上檢出的不良，在MTS上選擇相應(yīng)路譜并加載即可。

初期耐久試驗(yàn)：根據(jù)調(diào)查顯示，在新車初期2 000 km的行駛中，約有150 km的惡路。

3 加振平臺(tái)雜音檢證優(yōu)勢

3.1 平臺(tái)在耐久檢證中的運(yùn)用

比之傳統(tǒng)主機(jī)廠檢證流程，四柱加振隨機(jī)復(fù)檢的加入，能更充分徹底地顯在化不良。對(duì)于具有耐久特質(zhì)的異響，通過零件疲勞特性，模擬市場用車狀態(tài)，快速完成耐久振動(dòng)[2]。在時(shí)間及空間上，給予檢證極大的便利，如圖6所示。

圖6 耐久檢證模式

3.2 平臺(tái)在解析及對(duì)策中的運(yùn)用

主機(jī)廠于新車型階段，出于保密需求，新車型跑行檢證需入夜熄燈開展，由于夜晚視線差，極易造成交通事故。另因某些異響有在特定的頻率及路面激勵(lì)下才能顯在化的特質(zhì)，往往在檢證的路況下不能、不易顯在化不良。整車加振機(jī)的運(yùn)用，極大地解決了上述困難點(diǎn)，沒有空間、時(shí)間的限制，采集相應(yīng)的路譜錄入設(shè)備，提升解析效率34.78%，新車型試作階段解決不良課題數(shù)量提升87.34%,保證了對(duì)策的驗(yàn)證及封閉的有效性，如圖7所示。

圖7 解析對(duì)策模式

3.3 平臺(tái)在不同環(huán)境下的運(yùn)用

考慮到檢查受主機(jī)廠所處的環(huán)境、地域影響，以傳統(tǒng)模式，無法顯在化實(shí)際市場使用下的溫度、濕度等條件?？稍谒闹駝?dòng)平臺(tái)增添環(huán)境艙，模擬市場極端環(huán)境，充分顯在化市場潛在不良。

4 完善雜音檢證流程

4.1 開展單品檢證

即便在開展整車加振試驗(yàn)后，任需要開展另外的檢證，原因有以下兩點(diǎn)：(1)消除單品自身異響，避免不良流入完成車,造成不良堆積；(2)更利于解析復(fù)合類型異響工作的開展，以下舉一例子如圖8所示。

圖8 單品檢證快速解析

安全帶卷軸器在惡路行走時(shí)，鋼珠跳動(dòng)碰撞響聲是此零件固有特性[3]。SPEC要設(shè)定值較高，雖單品OK,但極易引發(fā)完成車指摘。

開展單品試驗(yàn)，明確雜音發(fā)生機(jī)制，快速找到對(duì)策，完成課題封閉，如圖9所示。

圖9 安全帶鎖止結(jié)構(gòu)

4.2 開展系統(tǒng)檢證

對(duì)于整車內(nèi)裝高度復(fù)合類配合系統(tǒng)，如儀表臺(tái)系統(tǒng)、座椅系統(tǒng)等，若條件允許，為快速解析對(duì)策封閉不良，建議開展系統(tǒng)檢證。

5 結(jié)束語

振動(dòng)平臺(tái)在整車異響解析方面的應(yīng)用，能有效快速地鎖定異響源。某新車型試做階段顯在化異響問題45項(xiàng)，提升解析效率34.78%，新車型試作階段解決不良課題數(shù)量提升87.34%，保證了對(duì)策的驗(yàn)證及封閉的有效性。計(jì)劃將振動(dòng)平臺(tái)應(yīng)用到更多異響解析課題中，針對(duì)市場需求，需要提高設(shè)備路譜的覆蓋率，進(jìn)一步提高顯在化能力。

在四立柱的整車振動(dòng)平臺(tái)應(yīng)用過程中，也發(fā)現(xiàn)了該系統(tǒng)無法模擬需要一定加速度條件下才發(fā)生的異響。例如某車型發(fā)動(dòng)機(jī)支架，在車輛加速通過特定路段時(shí)，受到X向和Z向的同時(shí)作用，支架發(fā)生偏移產(chǎn)生碰響等。