某车辆加速共振问题分析和优化

吕孟理，卢剑伟，季明微，康海波

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

设计研究

某车辆加速共振问题分析和优化

吕孟理，卢剑伟，季明微，康海波

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

车辆的动力传动系统扭转振动是影响汽车NVH性能的重要因素之一。文章以某MPV的加速共振为研究对象，通过对车辆的加速噪音、振动测试，确认该车存在较严重加速共振问题，进一步分析确认加速共振与动力传动系统的扭振有关。利用Imagine.Lab AMESim（简称AMESim）软件对动力传动系统进行建模，分析不同影响因素对对扭振的影响，最终确定优化方案并进行了验证。

传动系统；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

车辆在行驶过程中，发动机的激励以及路面输入激励都会引起传动系统的载荷变化，进而产生传动系统的扭转振动。在汽车工程设计中，对汽车动力传动系统的扭转振动及噪声的控制历来都是人们关注的重点，当来自外界的干扰激励主要是发动机周期性扭转激励的频率与动力传动系统的固有频率重合时，便会产生扭转共振,这将会引起车身的垂向和纵向的振动、以及共振噪音，这些都将影响了车辆的乘坐舒适性，这就使得研究汽车传动系统扭振问题具有更为重要的意义。

1 动力传动系统强迫振动的原理

图1 动力传动系扭转振动模型

发动机的曲柄连杆机构惯性力矩、燃烧做功的干扰力矩周期性变化是动力传动系产生扭转共振的重要原因。车辆动力及传动系统包含发动机、离合器、变速器、传动轴、后桥、车轮等。将动力传动系统建成的集中质量，无质量的弹簧和阻尼扭转振动模型如图1所示。

根据所建立的动力传动系统扭振模型，将简化后得到的各惯性元件、弹性元件以及阻尼参数带入下式，整理成下式所示的动力传动系统强迫运动方程：

式中：

J1、J2…Jn，各转动件惯量，单位为(kg.m2)；

K1、K2…Kn−1,各转动件的扭转刚度，单位为(Nm/rad )；

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

θ1、θ2…θn,转动件的扭转角位移，单位为（rad）；

M1、M2、M3、M4为输入的激励扭矩，单位为（Nm）；

2 某车辆加速共振测试分析

2.1 车辆加速共振测试传感器布置

本次测试使用西门子LMS SCADAS Mobile便携数采系统，利用LMS Test.Lab软件进行测试和数据分析。测试项目包括驾驶员右耳噪音、驾驶员座椅导轨骨架、传动轴吊挂、变速器轴承座壳体表面振动、后桥输入端桥壳振动、发动机飞轮和传动轴(前半轴)2阶角加速度等。

2.2 车辆加速共振测试

某MPV反馈4挡加速时在1200rpm左右时，存在较为的明显轰鸣音，并且伴随座椅、地板的共振。在进行NVH测试时，采用对1000rpm～3000rpm全油门加速工况进行测试，选择路面平整无车辆影响的良好柏油路面。

2.2.1 驾驶员内耳噪音

图2 驾驶员内耳噪音彩图

图3 驾驶员内耳声压级

通过近场噪音回放，在发动机转速1200rpm左右，内耳有较为明显的轰鸣音，轰鸣音频域范围为 1000Hz～7000Hz左右，对比内耳声压级可以明显看到1200rpm左右噪音存在明显峰值。

2.2.2 座椅骨架、传动轴吊挂、后桥输入端壳体、变速器壳体处振动

通过座椅骨架和传动轴吊挂处振动数据，可以明显看到在1200rpm左右有较为明显的峰值，这与内耳噪音趋势非常相同，后桥输入端壳体和变速器壳体振动在1200rpm左右没有明显峰值。

图4 传动轴中间吊挂振动

图5 驾驶员座椅导轨振动

图6 后桥输入端壳体振动

图7 变速器壳体振动

2.2.3 发动机飞轮与传动轴2阶角加速度

图8 飞轮、传动轴的2阶角加速度

发动机飞轮2阶角加速度在1200rpm没有明显峰值，传动轴2阶角加速度在1200rpm左右有较大峰值，与传动轴吊挂、驾驶员座椅导轨振动趋势相符。

2.3 测试结论

通过上述振动、噪音测试，4挡在1200rpm左右的加速轰鸣音可以确认与传动轴的2阶扭振动有关，传动系统的扭振导致了传动轴吊挂、座椅导轨的异常振动。驾驶员内耳噪音、传动轴的2阶角加速度、传动轴吊挂以及座椅导轨振动可以作为加速共振的衡量指标。

3 车辆加速共振建模分析

3.1 整车建模

利用西门子Imagine.Lab AMESim（简称AMESim）软件的零部件库，分别建立发动机、离合器、变速器、传动轴、后桥等再组合成为整车模型，进而从整车系统上分析飞轮惯量、离合器刚度、离合器阻尼、后桥主减速比对整车加速共振的影响趋势。

3.2 影响因素分析

本文将传动轴的2阶角加速度作为主要研究对象，分析不同因素变化对4挡加速工况共振的影响。分析时，将各因素的偏小值（run1）、设计值（run2）、偏大值（run3）进行对比，分析各影响因素的影响趋势。

3.2.1 飞轮惯量的影响

?

图9 三种飞轮惯量的传动轴2阶角加速度

结论：发动机飞轮惯量增加将有助于减小发动机转速1200rpm左右的传动轴2阶角加速度。

3.2.2 离合刚度的影响

?

图10 三种离合器刚度的传动轴2阶角加速度

结论：离合刚度对减小发动机转速1200rpm左右的传动轴2阶角加速度不明显。

3.2.3 离合阻尼的影响

?

图11 三种离合器阻尼的传动轴2阶角加速度

结论：离合器阻尼降低将有助于减小发动机转速1200rpm左右的传动轴2阶角加速度。

3.2.4 后桥速比的影响

?

图12 三种后桥速比的传动轴2阶角加速度

结论：后桥速比的增加将有助于减小发动机转速 1200 rpm左右的传动轴2阶角加速度。

4 加速共振优化方案验证

4.1 加速共振优化方案选择

根据建模分析结论，选择验证方案如下：

表1

4.2 加速共振优化方案验证

本文对上述验证方案进行合并验证，将驾驶员内耳噪音、传动轴的2阶角加速度、传动轴吊挂以及座椅导轨振动作为加速共振的衡量指标，分析优化方案的验证效果。

4.2.1 驾驶员内耳噪音

图13 驾驶员内耳声压级

结论：通过内耳声压级对比，可以明显看到1200rpm左右噪音有明显减小。

4.2.2 座椅骨架、传动轴吊挂振动

图14 传动轴中间吊挂振动

图15 驾驶员座椅导轨振动

通过座椅骨架和传动轴吊挂处振动数据，可以明显看到在1200rpm左右有较为明显的峰值，这与内耳噪音趋势非常相同，后桥输入端壳体和变速器壳体振动在1200rpm左右没有明显峰值。

4.2.3 发动机飞轮与传动轴2阶角加速度

图16 飞轮、传动轴的2阶角加速度

发动机飞轮2阶角加速度在1200rpm峰值有较明显减小，传动轴2阶角加速度在1200rpm左右有明显降低。

4.3 测试结论

上述加速振动、噪音测试表明，通过优化飞轮惯量、离合器刚度、离合器阻尼、后桥速比可以明显改善该车辆的加速共振问题。

5 结论

文章通过振动、噪音测试，确定4挡在1200rpm左右存在较为明显共振问题，通过进一步的分析，确认加速共振与动力传动系统的扭振有关。动力传动系统的扭振导致了传动轴吊挂、座椅导轨的异常振动和驾驶员内耳噪音的明显增大。驾驶员内耳噪音声压级、传动轴的2阶角加速度、传动轴吊挂以及座椅导轨振动可以作为加速共振的衡量指标。

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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 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)18-01-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.001

吕孟理，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。