汽车发动机自动启动过程振动分析及控制

龚亮

摘要：车辆实际行驶期间，自动启动较为关键，把握好启动期间的振动往往属于较为重要的一部分控制分析内容，需得到广大研究者及技术员们的关注、重视。结合实际案例，做好周密分析及探讨，以确保汽车内发动机在自动启动时振动能够得到高效化把控，为车辆行驶期间的可靠性、稳定性及安全性助力，也确保发动机整体功能得到发挥。本文主要围绕着汽车内发动机在自动启动时振动和控制开展深入研究及探讨。本次课题研究运用到各种学科方法、基础理论及成果，期望可以为后续更多技术专家和学者对此类课题的实践研究提供有价值的指导或者参考。

关键词：发动机;汽车;自动启动;振动;控制

中图分类号：U464                                        文献标识码：A                                文章編号：1674-957X（2021）10-0042-02

0  引言

伴随汽车业日益迅猛化发展，人们对车辆各项性能层面要逐步提升，更为关注汽车内部发动机相关问题。在一定程度上，汽车内部发动机实际启动期间，便会有振动及其噪声产生，对汽车整体行驶安全及质量影响极大。若不能够更好地分析、把控该汽车内发动机在自动启动时振动和控制实施措施，将各方案设定好，则必然会威胁着车辆行驶期间的安全性、经济性、可靠性等等。故而，总结分析汽车内发动机在自动启动时振动和控制，对于更好地把控汽车内部发动机的启停全过程，现实意义较为突出。

1  发动机概述

城市道路上面汽车行驶期间，通常会频繁遇到道路交通的信号灯，以至于停车怠速，在等待期间停车怠速，往往会产生燃油消耗。伴随油耗法规日益严格化、客户愈加关注汽车燃油整体经济性，以至于传动的汽油车逐步选定自动启动该系统，经实践研究了解到，自动启动汽车系统之下，燃油实际消耗量可节省3%，车辆内部振动和噪声均得以改善，发动机实际启动及停机期间，噪声及振动均会产生，最为突出的便是启动期间振动。故启停期间对于振动噪声层面的把控，较为关键。启动发动机过程，有着广泛化激励范围。动力总成实际运行期间所产生激励力会经悬置元件逐步传递至车身，促使车身产生振动，对车辆内部舒适度影响相对较大。由有着隔振、减振等功能特性橡胶悬置、动力总成所构成六自由度的弹簧质量综合系统，它的共振频率一般会设于不常用车辆发动机的转速区间，也就是发动机处于怠速转速情况之下[1]。但此发动机实际启动期间难以避免经过该共振带，故发动机会受自动的启停系统运行所影响，共振会频繁发生。启动发动机这一过程，属于起动机不断带动着曲轴实现旋转，待达到所设转速及其余点火条件情况下，发动机会点火燃烧，并且，一直到系统恢复到正常的运行状态。启动期间，车辆全身处于静止状态，发动机会极大地影响着车辆内部噪声及其振动。振动源，即为起动机，其至车身的振动传递路径为：起动机经飞轮持续带动着曲轴而旋转，该曲轴旋转会带动着活塞连杆实现往复的直线运行，此时动力总成会有缺乏平衡性惯力和力矩产生，经动力总成所在悬置系统逐步传递至车身位置;同时，曲轴旋转，还可经变速装置及变矩装置逐步传递至传动轴，而轴系振动便经悬挂系统逐步传递至车身。

2  振动原因及其有效控制

2.1 振动原因

从以往实操经验可总结出振动原因，即为点火、机械这两个层面。以牛顿定律为基础，处于特定功率条件之下，越低转速，力要求则越大。启动瞬间，为从零至怠速过程，自身就有着极高力要求，气缸必然遭到撞击，转速很难稳定，各方向会有冲击产生，以至于产生振动。①在机械层面。机脚垫，其属于缓冲橡胶的一种，通常放置于发动机侧的下面或者车边，另头则固定于车架梁上面，便于对发动装置分力能量起到缓冲吸收作用，这与减震装置功能作用较为相似。若某个零件老化或者损坏坏，平衡则会失效，发动机明显振动;某个缸若缸压不足，或者是缺缸运行，则可借助缸压表予以测量判断及分析。点火及喷嘴层面问题有效排除后，便可知晓为缸内自身层面问题，如元件磨损或已损坏，则务必大修处理发动机;②在共振层面问题，启动电机实际旋转频率，其接近于发动机内某个元件的振动频率，以至于自动启动期间会有十分明显的振动现象产生，这可能与轴承、碳刷皮带等均有着关联性，需予以准确判断分析，实施针对性的维修处理;如空调开着时振动，则属于发动机自身功率还不够拉低其怠速，并非属于共振层面问题;若为新车，则可能因自动启动操作的不够规范或者妥当所致，磨合期的阻力大促使怠速不足;离合及油门分离操作期间，务必缓慢松开盖离合，之后再轻微给油;③在点火层面问题。主要包含着火花塞漏火或烧蚀，火花塞的间隙未得以有效调整等。在一定程度上，火花塞，其属于易损件，在使用到限定公里数，均需予以及时更换处理，某个缸若火花塞潜在着问题现象，则缸燃烧期间缸线接触不良或者是高压会过于高、高压击穿或绝缘不等，均会间接性促使火花塞的调火呈不良状态，甚至会发生断火，传感器极易受损，对汽车整个发动机的运行安全影响极大。

2.2 有效控制

汽车启动期间，车内的振动水平通常是由驾驶员的座椅导轨位置与方向盘振加速实施评价分析，以振动剂量及峰峰值为基本评定指标。结合特定规范选定峰峰值当成是评定指标。本次研究对象为某汽车内横置三缸式发动机，对发动机实际启动期间转速变化与振动关系，实现对分析汽车内发动机在自动启动时振动和控制有效分析。

2.2.1 在测试分析层面

①在测定装置层面。此次测定操作，在车辆方向盘所在12点钟处及驾驶员的座椅导轨前方外侧均设三向加速传感装置一个，自58X传感装置实施发动机的转速信号有效采集，自动启停及钥匙启停不同工况之下，实施10组测定。测定数据经Wk的振动计权处理后，选定10次测定峰峰均值为此次测定最终结果[2]。此次测定数据表明了，车辆启动期间，座椅导轨自身受较小振动干扰，X向呈较大振动加速状态，故本文选定座椅导轨自身X向的振动加速为基本目标，对车辆启动期间车内振动实施细致分析。

②在测定结果层面。该汽车自动启动情况下，发动机所在座椅实际振动频率分布为2-4Hz、8-14Hz;正常启动情况下，发动机所在座椅实际振动频率分布为8-11Hz。分析此次测定数据信息可了解到，自动重启和正常启动情况下，座椅振动的峰值频率均接近于10Hz。那么，通过对该车辆动力总成的刚体模态分析后可了解到，启动该发动机期间测定所得座椅振动的频率和动力总成的悬置系统所固有频率相接近。故启动发动机期间会有动力总成共振产生，传递至车内有着较大振动。为对启动期间车内振动产生原因实施细致分析，对启动发动机期间转速波动实际情况实施有效测试。结合转速，能够看出启动发动机过程内含两个不同阶段，即启动与点火。启动阶段上，发动机的缸内未点火燃烧，起动机会带动着曲轴旋转，待點火条件达到后，便进入到点火阶段，则发动机急剧转速装上升，而后，稳定运行。发动机于320-450r/min转速区间内波动，曲轴于5.3-7.5Hz基频旋转。因车辆第五阶情况下，整车刚体的模态频率为此频段之内，此阶段极易激发出整车模态，增加车内侧倾振动，不会有X向大抖动产生，故并非主要振动源[3];启动阶段，该发动机产生较大转速波动。而这转速波动主要源自传动轴自身反作用力，受转速波动影响，传动轴与曲轴扭振均会经悬架逐步传递至车身位置。此发动机的转速波动频率是f=1/Δt=10Hz，接近于动力总成的悬置系统二阶和三阶原本频率，这一情况下，动力总成与传动系统极易有共振产生。观察振型后了解到，此两阶模态属于动力总成前后的横摆动与运动两种模态，经悬置传递至车内部X向力会变大，车内部X向的振动响应会逐步恶化;激励频率与动力总成横摆模态实际频率相接近情况下，悬置传递至车内部Y向力及X向力均变大，车内部Y向力及X向力的振动响应均会恶化。座椅振动响应在此频段分布，故属于车内振动根本原因所在。

2.2.2 在控制分析层面

经过试验分析可了解到，启动汽车期间，启动阶段极易激起动力总成的选址系统及传动系统共振，增加车内振动。对车内振动加以改善有三种不同手段，即对接受体、振动路径、振动源等加以把控。源头上把控振动极具有效性，故文中三缸车辆当中一项控制方式便是将启动阶段具体时间缩短，确保系统共振的时间能够缩短，对车内振动加以优化。为对此方法有效性实施有效验证分析，需对车辆两次的启动过程实施对比分析，那么，经对比后发现这两次启动过程当中，点火阶段无差异存在，启动阶段则存在着差异性，二次启动把启动阶段具体时间自组0.26s逐步下降至0.21s，伴随车内部座椅导轨振动加速，其峰峰值自1.30m/s2下降至0.96m/s2。为对此结论适用性实施有效验证判断，本文对比分析另外车辆两次启动全过程。经对比分析后了解到，启动阶段具体时间自0.33s下降至0.24s情况下，驾驶员的座椅导轨X向实际振动加速峰峰值会自1.63m/s2逐步下降至1.36m/s2。从中便可知晓，启动过程具体时间缩短后，可确保启动期间车内振动响应得以下降。但该时间段内会受点火基本条件限制，无限缩短无法实现。故若想将启动期间车内振动缩小，务必要优化传动系统。可在开发之前，对整车刚体的模态频率、动力总成的刚体频率、传动轴系原本频率等症实施重新分配，将共振避开，将传动系统和动力总成降低，经悬置和悬架传递至车身激励力，对启动期间车内的振动响应起到良好改善作用。

3  结语

可以说，汽车自动启停系统功能，促使燃油消耗得以减少，且停止后车辆内部振动噪声也得以降低，但启停过程会有振动噪声层面问题存在，特别是启动期间车内部振动。此次研围绕着某车辆启动期间驾驶员的座椅导轨所产生振动实施，对发动机实际转速变化与座椅导轨的振动之间关联性，经分析后发现此震动源自发动机在点火前期启动阶段，因传动系统扭振频率和总量总成的悬置系统横摆模态及前后的模态频率相接近，发动机与传动系统所产生共振，其能够增强动力总成者者者经悬置传递至车辆内部激励力，对车内振动起到恶化作用。结合此次测定分析结果可了解到，此车辆所提出启动阶段具体时间有效缩短处理措施，经试验可证明时间被缩短后，车型不同座椅导轨实际振动可下降15-30%。如果想对启动过程车辆内部振动实施有效改善处理，则开发前期，务必对整车刚体的模态频率、动力总成的刚体频率、传动轴系原本频率等症实施重新分配，将共振避开，确保悬架系统和悬置系统所传递振动力得以降低，对车辆内部NVH性能加以优化。

从总体上来说，自动启停技术的应用，有效节省了汽车怠速工况的燃油消耗。为确保发动机在自动启动与停机过程中，车内的振动与声学性能能够满足客户要求，文章通过测试和分析某款三缸横置发动机启动过程中车内座椅的振动，通过缩短发动机启动时间，有效降低了启动过程中车内座椅的振动;文章最后提出了进一步改善启动过程中车内座椅振动的思路，为汽车发动机启动过程中的振动控制提供参考。

参考文献：

[1]王博，张振东，于海生，等.发动机起动引起的混合动力汽车振动分析与控制[J].汽车工程，2019，41（002）：189-190.

[2]李政清，孙文福，路勇.基于振动分析的汽车发动机转速在线测量系统[J].仪表技术与传感器，2019，33（006）：599-602.

[3]桂鹏程，尹良杰，戴冬华，等.混合动力汽车起动发动机过程变速箱控制研究[J].汽车零部件，2019，28（019）：167-168.