整车振动途径的分析与改善

作者:朱 斌 文章来源:重庆力帆乘用车有限公司 点击数:484 发布时间:2014-03-11

车内振动的控制是一项复杂的系统工程,要降低整车振动,首先要找到主要振动源和传递路径,然后根据振动源的特点采取相应的对策,以降低整车的振动。汽车最主要的振动源是动力总成,此外还包括底盘的零部件、半轴、传动轴和消声器等。

如今人们对汽车性能的要求越来越高,在获得良好的动力性、经济性和操控稳定性的同时,还要求汽车具有良好的平顺性。汽车的平顺性主要是指保持汽车在行驶过程中产生的振动和冲击对乘员舒适性的影响在一定的界限之内,它是现代高速汽车的主要性能之一。

整车的主要振动源

通常一台整车最主要的振动源就是动力总成,动力总成的振动主要是由不平衡惯性力、不平衡惯性力矩、惯性力产生的转矩和气体压力产生的转矩造成的。由于以上力或力矩的存在,使得动力总成产生结构振动。而动力总成的结构振动通过悬置和半轴连接到车身上的管路及线速等传递到车身,也能通过一定的途径传递到方向盘,而车身地板抖动和方向盘怠速抖动是客户经常能感受到和反映的问题。所以对该问题应该给予足够的重视,否则会降低客户对车辆的满意度。当然除了动力总成外还有很多振动源,比如底盘的零部件、半轴、传动轴和消声器等。

振动主要的传递路径

在振动源存在的情况下,如果能隔断振动的传递,则人在驾驶舱内就不会感觉到振动和振动引起的噪声。但实际上,我们无法对整车结构进行大的修改,传递路径是始终存在的,我们只能尽量隔断或减小振动源向驾驶舱内的传递,如降低传递到方向盘、车身地板的振动;进行移频,使振动源在峰值时传递的振动噪声减小。发动机的振动可以通过发动机悬置、排气系统和传动系统(变速器、离合器和传动轴)传递到车身,最后被人感觉到,当减小其中一个路径的振动传递后,客户的主观感觉就会好很多。

减小振动的主要方法

1.减少驱动力

第一步是减少驱动力。相对之下不平衡的轮胎较易修正,但是有些振动,例如由引擎扭力变化所引起的,除非采用特殊方法,否则无法加以消除,在这种情形下,必须使用其他的方法,包括:不平衡零件的修正、偏摆的修正、轮胎不均匀的修正以及引擎调校等。

2.预防共振

为了预防共振,必须降低共振程度(相当于降低立体放大增益),或者将共振点变换至正常车身范围之外。可以装置减振器(降低振动程度),安装质量减振器(减少共振的频率)或提高零件刚度(提升共振频率,使不易产生共振)。该方法的使用例子如:锁紧零件、锁紧驱动部分、提升零件刚度安装动力减振器及安装质量减振器等。

测得某款车驾驶员右耳处的车内升速噪声如图1所示。在对发动机悬置支架进行力锤敲击测试后,初步判定是发动机某个悬置的支架产生共振所致,后来依次在发动机悬置上增加质量减振器进行测试,发现是左悬置连接发动机的支架产生了共振。在该支架上增加质量减振器后得到噪声测试结果如图2所示。增加质量减振器后最大噪声值降低了将近7dB(A)。

3.减少激励传递

如果立体扩音器连接至喇叭的电缆破裂,就无法产生声音。车辆安装各种防振橡皮零件(发动机悬置、悬架衬套等)以预防振动的传递,这些零件必须如预期那样保持弹性。检查时,须注意支架位置是否正确,橡皮有无变形。

比如某款车怠速时前地板的抖动较明显,经过排查,最后发现是消声器的波纹管偏硬,使发动机的振动传到了前地板,最后通过加长波纹管来降低消声器的刚度,使传到前地板的振动降低。加长波纹管后前地板振动的测试结果如图3所示,红色曲线表示修改前前地板振动量,绿色曲线表示修改后前地板振动量,可以看出,修改后的振动量下降了一半左右,所以减少激励的传递一样很重要。

4.振动的预防(产生声音的物体)

假如立体喇叭的音锥以硬金属做成,不管扩大器输出有多大,都无法产生很大的声音。如果要进行振动的预防,进行大量的模态测试十分有必要。只要激励源存在,理论上任何零部件或系统都会被激励起振动或噪声,但如果我们掌握了主要系统或零部件的模态信息,使激励源不在人易感受到的频率范围内激起零部件的共振,则我们认为这种设计是合理的。所以要结合多零部件或系统的模态特性进行设计。

通常将整车模态匹配的重点关注在5~80Hz的频率范围内。此频带基本包括了动力总成、传动系统和路面等主要激励源,以及发动机的怠速工况范围。同时,该频率范围主要涉及发动机刚体模态、悬架模态、转向系统模态、车体和相关附件模态以及大部分板件结构模态。对主要零部件的模态特性进行合理的设计后,在人易感受到振动噪声的频率范围内就不容易被激起共振了。

结语

随着道路条件的不断改善,车辆运行的速度越来越高,人们对汽车的舒适性及平顺性提出了更高的要求。而整车的振动源、传递路径和整车减振是一个很系统和复杂的问题,本文提到了在汽车研发和生产时经常遇到的情况,但实际还远不止以上这些问题,还需要在后续的工作中继续发现和进行更深入的研究,从而更好地满足用户的需求。