商用車怠速車內(nèi)振動(dòng)優(yōu)化研究

車輛怠速工況運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)是唯一的激勵(lì)源，其振動(dòng)經(jīng)由懸置系統(tǒng)、車架、駕駛室懸置傳遞至車內(nèi)，最終通過座椅及方向盤傳遞至駕駛員，影響駕駛員的駕乘舒適性 。

本文針對(duì)某商用車怠速工況車內(nèi)振動(dòng)大且劣于競(jìng)品車的問題進(jìn)行深入的分析，并對(duì)其進(jìn)行改善及優(yōu)化。

1 車內(nèi)振動(dòng)大原因分析

1.1 實(shí)車振動(dòng)測(cè)試

怠速工況下車內(nèi)振動(dòng)主要傳遞路徑為動(dòng)力總成-懸置-車架-駕駛室懸置-駕駛室。為盡快排查出問題原因，實(shí)車測(cè)試時(shí)，在整個(gè)振動(dòng)傳遞路徑上均布置振動(dòng)傳感器。測(cè)試工況為熱機(jī)怠速、怠速升速兩個(gè)工況。

1.2 傳遞路徑上各點(diǎn)振動(dòng)分析

表1為怠速工況下動(dòng)力總成至車內(nèi)各點(diǎn)振動(dòng)的測(cè)試結(jié)果，表中數(shù)值為各測(cè)點(diǎn)X/Y/Z三個(gè)方向0～100Hz頻率范圍內(nèi)振動(dòng)值平方的均方根值。

由表1可知，兩車發(fā)動(dòng)機(jī)端振動(dòng)相當(dāng)，經(jīng)過動(dòng)力總成懸置后，該商用車被動(dòng)端振動(dòng)較競(jìng)品車高53%，此后振動(dòng)經(jīng)過每個(gè)傳遞點(diǎn)直至車內(nèi)各點(diǎn)均高于競(jìng)品車50%以上。由此可知，該商用車車內(nèi)振動(dòng)比競(jìng)品車差的主要原因?yàn)閯?dòng)力總成懸置系統(tǒng)隔振性能差，須重點(diǎn)優(yōu)化。

兩種優(yōu)化方案懸置系統(tǒng)固有頻率分布情況與原方案對(duì)比如表6所示。

2 懸置系統(tǒng)建模及優(yōu)化

2.1 懸置系統(tǒng)建模

優(yōu)化懸置系統(tǒng)的隔振性能，首先要研究其振動(dòng)特性，建立6自由度模型 。該商用車動(dòng)力總成采用四點(diǎn)懸置，前后懸置分別布置在發(fā)動(dòng)機(jī)及變速箱左右端，為V型布置。懸置軟墊為橡膠件，其固有頻率遠(yuǎn)低于動(dòng)力總成最低階彈性模態(tài)，建模時(shí)可忽略，僅考慮懸置系統(tǒng)剛體模態(tài)。雖然各懸置軟墊在X/Y/Z三個(gè)方向都有阻尼，因其阻尼只降低懸置系統(tǒng)共振峰值，對(duì)系統(tǒng)固有頻率基本無影響，可將系統(tǒng)簡(jiǎn)化為無阻尼自由振動(dòng)系統(tǒng) 。動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的振動(dòng)特性可表示為：

+

=0

(1)

=(

,

,

,

,

,

)

(2)

根據(jù)隔振理論，懸置系統(tǒng)最高階固有頻率應(yīng)小于發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況下主激勵(lì)頻率的0.707倍，即小于18.8Hz，同時(shí)繞曲軸方向的固有頻率應(yīng)小于發(fā)動(dòng)機(jī)怠速激勵(lì)頻率的0.5倍 ，因本文動(dòng)力總成布置形式為縱置式，即繞X軸旋轉(zhuǎn)模態(tài)應(yīng)小于13.3 Hz。從整車模態(tài)避頻角度，懸置系統(tǒng)的各階模態(tài)應(yīng)避開駕駛室剛體模態(tài)(1Hz～4Hz)及簧下偏頻(13Hz～15Hz)。另外，人體對(duì)垂直方向振動(dòng)最敏感的頻率范圍為4～6Hz ，懸置系統(tǒng)Z向模態(tài)應(yīng)避開此頻率范圍。綜合以上幾點(diǎn)，確定懸置系統(tǒng)各階模態(tài)頻率須控制在6～13Hz。同時(shí)，為了避免各方向模態(tài)重合，要求各方向模態(tài)頻率間隔不小于0.5Hz。

已知?jiǎng)恿偝少|(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，質(zhì)心位置，各懸置安裝點(diǎn)位置以及懸置軟墊

三向剛度，即可計(jì)算出懸置系統(tǒng)的質(zhì)量矩陣及剛度矩陣，進(jìn)而求出六個(gè)自由度方向上的振動(dòng)模態(tài)頻率及能量解耦程度。

The time of patients’ stay in the intensive care unit was shortest after endovascular interventions and longest after open methods of reconstruction.Hemodynamic instability was often noted after open operations.

2.2 優(yōu)化目標(biāo)

式中，

為質(zhì)量矩陣，

為剛度矩陣，

為質(zhì)心位移列向量；

為質(zhì)心加速度列向量。

多目標(biāo)優(yōu)化解集有多組懸置軟墊剛度組合數(shù)據(jù)，為避免多組軟墊剛度組合對(duì)應(yīng)的固有頻率及解耦率均滿足設(shè)計(jì)要求卻有不同的隔振效果，結(jié)合供應(yīng)商的制造能力，選取2組懸置軟墊剛度組合方案分別進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證以確定最終優(yōu)化方案。兩種方案懸置軟墊剛度參數(shù)見表5。

三是完善標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。在北京市地方標(biāo)準(zhǔn) 《生態(tài)清潔小流域技術(shù)規(guī)范》的基礎(chǔ)上，修改論證審查發(fā)布《北京市山區(qū)河流水文形態(tài)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》、《北京市山區(qū)河流生態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)導(dǎo)則》《北京市河流、流域、小流域名稱代碼》《生態(tài)清潔小流域工程質(zhì)量評(píng)定規(guī)范》等4個(gè)地標(biāo)，形成水土保持規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收、管理全過程水土保持技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

加大宣傳力度，通過設(shè)置專門宣傳欄、固定宣傳標(biāo)語、懸掛宣傳橫幅、利用電視廣播等多種方式，讓社會(huì)各界了解水庫確權(quán)劃界的意義、相關(guān)水利法規(guī)及政策。采取與村民和其他相關(guān)方召開座談會(huì)或進(jìn)行一對(duì)一溝通等形式，營(yíng)造良好的社會(huì)輿論氛圍，爭(zhēng)取廣大干部群眾的支持。加大執(zhí)法力度，推進(jìn)執(zhí)法隊(duì)伍建設(shè)，建立完善的巡查制度，嚴(yán)厲打擊水庫管理范圍內(nèi)各種違建行為，嚴(yán)格落實(shí)各項(xiàng)建設(shè)項(xiàng)目的辦事程序和相關(guān)要求。

2.3 原狀態(tài)懸置系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果

原狀態(tài)懸置系統(tǒng)總質(zhì)量為379.2kg，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量參數(shù)見表2所示，質(zhì)心位置及懸置安裝位置參數(shù)見表3，前后懸置軟墊剛度分別為：前懸置：X/Y/Z：148/151/669 N/mm，后懸置：X/Y/Z：21/21/127 N/mm。

計(jì)算得到原狀態(tài)懸置系統(tǒng)6個(gè)方向模態(tài)頻率及解耦率如表4所示。

④ 教師總結(jié)：整數(shù)乘以小數(shù)有兩種含義，分別對(duì)應(yīng)兩種情況，第一種與整數(shù)乘法的意義相同，第二種表示為求一個(gè)數(shù)的十分之幾，百分之幾.在這個(gè)環(huán)節(jié)中，老師應(yīng)著重強(qiáng)調(diào)運(yùn)算律的作用！

不同于演講和新聞播報(bào)等口頭表達(dá)形式，口語交際因其交流主體在時(shí)空上的獨(dú)特性而呈現(xiàn)以下特征：動(dòng)態(tài)性、互動(dòng)性和隨意性。

由表4可知，原狀態(tài)懸置系統(tǒng)各階模態(tài)頻率小于發(fā)動(dòng)機(jī)主激勵(lì)頻率的0.707倍，且最小間隔大于0.5Hz，滿足隔振理論要求。但繞X軸旋轉(zhuǎn)方向固有頻率為13.57Hz，大于發(fā)動(dòng)機(jī)怠速激勵(lì)頻率的0.5倍，且與發(fā)動(dòng)機(jī)繞曲軸旋轉(zhuǎn)的1階激勵(lì)頻率及車輛簧下偏頻接近，容易引起共振，不滿足頻率分布要求。

從能量解耦程度分析來看，除X向解耦程度較好外，其他方向的解耦率均小于75%，最差的RZ向解耦率只有40.74%，且主要激勵(lì)方向Z向解耦率低于65%，解耦程度非常不理想，必須優(yōu)化提升。

2.4 優(yōu)化結(jié)果

由于該動(dòng)力總成為市場(chǎng)成熟產(chǎn)品，懸置安裝位置及角度均已定型，如改動(dòng)會(huì)影響整車總布置，因此確定懸置優(yōu)化策略為以懸置軟墊三向剛度為變量，優(yōu)化懸置系統(tǒng)的固有頻率及解耦率。

解耦率方面，由于發(fā)動(dòng)機(jī)主要激勵(lì)為垂直方向振動(dòng)及繞曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，要求Z方向及RX方向的解耦率不得低于85%，其余4個(gè)方向不得低于80% 。

之前的對(duì)照試驗(yàn)絕大多數(shù)只采用了電生理和評(píng)分來進(jìn)行術(shù)后效果的評(píng)價(jià)，為了更好地反映手術(shù)效果，我們加入了高頻超聲剪切波彈性成像技術(shù)來評(píng)價(jià)正中神經(jīng)的壓力情況。這是一種全新的超聲檢測(cè)方法，它可以定量地測(cè)量組織的彈性，從而反映組織的受壓情況[27]。SWE通過發(fā)射超聲，激發(fā)組織產(chǎn)生剪切波，根據(jù)彈性測(cè)量公式就可以直觀地計(jì)算出組織的實(shí)際彈性值。它不但對(duì)操作者的技術(shù)依賴性更低，可重復(fù)性高，而且可以明確地計(jì)算組織彈性，具有明顯的優(yōu)越性，是一種更有前景的檢測(cè)方法[27]。Cingoz 等[11]通過77例腕關(guān)節(jié)內(nèi)正中神經(jīng)的剪切波彈性成像的研究發(fā)現(xiàn)SWE成像在診斷腕管綜合征和評(píng)估其嚴(yán)重程度方面有非常重要的價(jià)值。

兩種方案主要激振力方向上的固有頻率較原方案均有所下降，在相同激勵(lì)頻率下，懸置系統(tǒng)固有頻率與激勵(lì)頻率的比值增大，系統(tǒng)的隔振性能也會(huì)隨之提升。

由對(duì)比可知，兩種優(yōu)化方案懸置系統(tǒng)各階模態(tài)間隔均大于0.5Hz，有效避免了模態(tài)重疊。方案1懸置系統(tǒng)最低階固有頻率為6.41Hz，最高階固有頻率為12.64Hz，Z方向固有頻率為10.53Hz，RX方向固有頻率為12.14Hz，均滿足優(yōu)化目標(biāo)要求；方案2懸置系統(tǒng)最低階固有頻率為6.53Hz，最高階固有頻率為11.86Hz，Z方向固有頻率為9.99Hz，RX方向固有頻率為11.3Hz，也滿足優(yōu)化目標(biāo)要求。

老太醫(yī)高興地道：“太好了，親不親，家鄉(xiāng)人?！迸c秦鐵崖互致問候之后，老太醫(yī)放下托盤，“先請(qǐng)喝杯茶，我去準(zhǔn)備一下，弄點(diǎn)下酒菜?！?/p>

兩種優(yōu)化方案懸置系統(tǒng)解耦率與原方案對(duì)比如表7所示。

由對(duì)比可知，方案1懸置系統(tǒng)Z方向解耦率為88.54%，較原方案提升26%，RX方向解耦率為86.51%，較原方案提升13.3%；方案2懸置系統(tǒng)Z方向解耦率為88.75%，較原方案提升26.7%，RX方向解耦率為89.52%，較原方案提升16.3%，兩種優(yōu)化方案在其他各方向解耦率較原方案均有不同程度的提升，且均滿足優(yōu)化目標(biāo)要求。各方向解耦率的提升能有效地縮短整個(gè)系統(tǒng)的共振頻帶，使能量快速衰減，改善隔振性能。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)優(yōu)化方案，分別制作兩套懸置軟墊樣件并實(shí)車裝車測(cè)試，獲得兩種優(yōu)化方案狀態(tài)下怠速及加速工況下發(fā)動(dòng)機(jī)懸置主被動(dòng)端、駕駛室懸置主被動(dòng)端、駕駛員座椅導(dǎo)軌及方向盤12點(diǎn)振動(dòng)加速度。限于篇幅，本文僅展示優(yōu)化前后發(fā)動(dòng)機(jī)加速工況下座椅導(dǎo)軌振動(dòng)及發(fā)動(dòng)機(jī)左前懸置Z向隔振率曲線及怠速工況下車內(nèi)振動(dòng)值。

由圖1可以看出，加速工況下兩種優(yōu)化方案發(fā)動(dòng)機(jī)懸置隔振率較原方案均有所提升，方案1提升約1dB(12.2%)，方案2提升約2dB(26%)。由圖2可知，方案1加速工況下座椅導(dǎo)軌振動(dòng)整體呈下降趨勢(shì)，在1900rpm～2100rpm轉(zhuǎn)速區(qū)間振動(dòng)有所增加。方案2加速工況座椅導(dǎo)軌振動(dòng)在全轉(zhuǎn)速段均明顯降低，振動(dòng)峰值基本消失，線性度明顯提升。

由表8可知，怠速工況下方案1座椅導(dǎo)軌振動(dòng)較原方案改善39%，方向盤12點(diǎn)振動(dòng)較原方案改善21.2%；方案2座椅導(dǎo)軌振動(dòng)較原方案改善61%，方向盤12點(diǎn)振動(dòng)較原方案改善43.5%。方案2優(yōu)化效果更優(yōu)，且優(yōu)化后車內(nèi)振動(dòng)與競(jìng)品車相當(dāng)，達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)。

4 結(jié)束語

針對(duì)怠速車內(nèi)振動(dòng)大且劣于競(jìng)品車問題，采用多目標(biāo)仿真優(yōu)化方法，同時(shí)結(jié)合供應(yīng)商制造能力，獲得了兩組滿足優(yōu)化目標(biāo)且工程上可實(shí)現(xiàn)的動(dòng)力總成懸置剛度組合。

通過實(shí)車驗(yàn)證，兩種優(yōu)化方案車內(nèi)振動(dòng)均明顯改善。其中，方案2改善效果最優(yōu)。優(yōu)化后怠速車內(nèi)振動(dòng)與競(jìng)品車相當(dāng)，振大問題得到有效解決。

本文針對(duì)懸置系統(tǒng)頻率分布及解耦率均滿足優(yōu)化目標(biāo)的兩組懸置軟墊剛度優(yōu)化方案得出了不一樣的隔振性能的研究對(duì)以后的懸置系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。

[1]喬旭強(qiáng).某型商用車振動(dòng)特性分析及減振研究[D]. 成都：西華大學(xué)，2017.

[2]楊攀.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)橡膠懸置性能衰退研究[D]. 重慶：重慶大學(xué)，2018.[3]何水龍，許恩永，韋永尤等. 基于動(dòng)力懸置優(yōu)化的商用車轉(zhuǎn)向盤怠速抖動(dòng)控制研究[M]. 汽車技術(shù)，2018，(5) :36-40.

[4]蘇宏健，廖仲翔，歐陽晨輝等，某車型動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析與振動(dòng)控制[M]. 裝備制造技術(shù)，2019，(9):60-65.

[5]張春蘭，趙清海，張洪信等，某汽車動(dòng)力總成懸置支架的多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化[M]. 汽車工程，2017，39(5) :551-555.

[6]劉策. 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)特性仿真和穩(wěn)健優(yōu)化[D]. 合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2017.