动力总成悬置对车内地板的振动的影响研究

胡长征，赵振东，张袁元

Hu Changzheng，Zhao Zhendong，Zhang Yuanyuan

（南京工程学院 汽车与轨道交通学院，江苏 南京 211167）

动力总成悬置对车内地板的振动的影响研究

胡长征，赵振东，张袁元

Hu Changzheng，Zhao Zhendong，Zhang Yuanyuan

（南京工程学院 汽车与轨道交通学院，江苏 南京 211167）

汽车动力总成对车内地板振动水平及乘员乘坐舒适性有重要影响。基于动力总成悬置的隔振理论设计试验方案，以某型皮卡为试验对象，研究该型皮卡的动力总成及车内地板的振动情况，采集振动信号作时域和频域分析，评价地板振动水平，分析找出车架及动力总成的振动信号中对于地板振动的贡献成分。基于振动信号的时域谱阵图研究动力总成—悬置件—车架的传递特性，提出针对该型皮卡在高速行驶时地板振动严重问题的改进措施。

振动；悬置；隔振率

0 引 言

车内地板振动是整个车内振动的重要组成部分，它是影响座椅、转向盘抖动的一个重要因素，直接影响着车内乘员的乘坐舒适性。汽车动力总成系统作为整车振动的主要激励源，对其振动进行有效隔离可以减轻车内地板的振动；因此动力总成悬置系统隔振性能的优劣程度是影响车内振动的主要因素之一[1]。传递路径优化法和能量解耦优化法是研究动力总成悬置系统的常用方法，传递路径优化法在振动传递率控制方面和车内振动控制方面较好，但解耦方面相对较差，虽然传递路径优化法的综合效果较好，但仅仅追求动力总成振动能量解耦或振动传递率最小的思想是有局限性的。多体动力学仿真被广泛运用于动力总成悬置的特性研究，可对悬置件及车架的特性参数进行优化[2-5]。

针对驾驶室地板振动严重问题设计了多组试验方案，通过实车的道路试验，基于信号的时域、频域分析对地板进行振动水平的评价，基于振动信号的时域谱阵图研究动力总成到车内地板的传递特性，基于信号的频域分析及地板的激励响应信号研究悬置件的隔振性能及共振频率，通过这些试验方案得到的信息，对汽车动力总成和车内地板的振动进行评价并发现问题，针对地板振动严重问题提出改进措施。

1 动力总成悬置件的隔振理论

发动机悬置系统简化为对每个单自由度系统进行隔振分析，激励来自发动机，而基础是车身或者车架。由于隔振传递率通常作为评价隔振系统性能优劣的评价指标，定义传递到基础上的力的幅值与激励的幅值之比的绝对值称为传递率[6]，即传递到基础上的力的幅值Fb与激励力的幅值F的比值T的绝对值

式中，ξ为阻尼比；r为频率比。

由上式可知，要使传递到基础上的力小于激励力，即传递率T<1，频率比必须满足

分析可知：当r <<1时，集中频率很低，此时车辆相对地面静止；当 r=1时，惯性力与弹性力相平衡，系统振动被阻力控制，系统发生共振；当时为隔离区，此时T>1，不能起到隔振效果；当时，传递率T<1，此时为减振区，系统振动被惯性力控制，在这个区域内，频率比越大，隔振效果就越好。但是在设计动力总成悬置隔振系统时，频率比不能太大，要被控制在一定范围内。另外，在减振区，阻尼给隔振带来了副作用，阻尼越大，传递率越低。

2 地板振动评价及悬置件性能测试的试验与计算

发动机动力总成（发动机、变速箱）及其悬置、车架、车内地板的相互影响的示意图如图 1所示。标记A、B、C表示振动所需测试位置，实际测点位置及测试场景如图 2所示，设计试验获得相关参数，试验与信号处理方法如图3所示。

图1 动力总成系统、车架及车内地板的连接示意图

图2 测点位置及测试场景

图3 试验获得实际工况的振动特性流程

试验1：试验车辆定置，变速器空挡、踩下离合器，发动机从怠速缓加速以及发动机怠速、2 000 r/min、3 000 r/min、4 000 r/min、5 000 r/min定转速工况。A、B、C测点信号包括车内地板（驾驶员脚下处）、悬置件上（发动机）、悬置件下（车架）。

试验2：车辆挂挡，匀速行驶。试验工况包括：变速器Ⅲ挡，车速30 km/h；变速器Ⅳ挡，车速40、50 km/h；变速器Ⅴ挡，车速50、70、100、120、130、140 km/h。

获取试验1、试验2相应工况，车内地板、悬置件上、下（车架）的振动加速度响应信号。处理振动信号评价车内地板的振动情况及振动的传递路径分析。根据隔振理论，结合悬置件上、下的振动信号来分析悬置件的时域隔振率。

1）处理信号，绘制车辆空挡定置时测点的功率谱图及车内地板与车架相干函数图，说明车内地板的振动情况及悬置件的车架至动力系统的传递规律。由图 4车内地板的谱振图分析可知，随着发动机转速加快，车内地板的振动能量逐步向高频转移，同时发现在100 Hz和150 Hz左右时，能量存在激振，图中亮度凸显，结合图 5车内地板的功率谱图可知，尤其在150 Hz左右能量所占比例较高。由此可以推断驾驶室地板在150 Hz时可能发生共振，综合分析可得，驾驶室地板在中高频150 Hz左右存在共振区。

图4 驾驶室地板谱振图

2）通过对结构的缓加速扫频激励，可以获得结构件的振动线性增加规律，分析是否发生共振。

由图6的变速箱悬置下（车架）谱振图可知，横轴表示频率，纵轴为发动机转速，颜色深浅表示振动能力的大小。在150 Hz左右，变速箱悬置下（车架）有明显的共振区。结合图 7空挡缓加速时变速箱悬置件上下传递特性和相干函数可知，在试验时存在外界干扰因素使得试验数据存在误差，但可以说明问题，在150 Hz左右传递特性较高，传递率接近1。

图5 驾驶室地板功率谱

图6 变速箱悬置下（车架）谱振图

图7 空挡缓加速变速箱悬置件上下的传递特性与相应的相干函数

3）对悬置件性能分析。不同工况测试得到动力系统悬置上下振动加速度和传递率见表 1、表2。由表可知，发动机左右悬置传递效果可以接受，变速箱悬置件的传递率不合理，尤以空挡数据明显，且随转速上升，该悬置件的传递率逐渐减小，说明变速箱悬置在高频时传递效果较好，低频较差，但在发动机激励范围内的传递效果仍表现不理想。

表1 带挡匀速悬置时域隔振率评价

表2 空挡定速悬置时域隔振率评价

空挡和带负荷状态下，发动机左端悬置件位置激励端（动力系统机体）所对应振动能量最大；空挡状态下，发动机左端悬置件位置输出端（车架上）所对应振动能量最大；带负荷状态下，变速箱悬置件位置输出端（车架上）所对应振动能量最大。综合表1、表2中数据，反映了动力系统在有无负荷状态下本身振动表现并不平稳，其悬置件的约束存在问题，重新对 3个悬置件进行改善，使动力系统本体输出和在车架上的响应振动能量趋于接近。进而有效改善动力系统对排挡杆振动影响，改善动力系统对整车振动影响。对悬置件的频域分析可以获得悬置件的传递属性，即具体到哪些频段具有较好的滤波效果，哪些是待改善的频段，为悬置件的刚度和阻尼改进提供更多参考。

如图 8所示，空挡时不同转速数据动力系统悬置的传递特性统计。对于变速箱悬置，存在 2个共振区，一个低频34 Hz左右，一个中高频150 Hz左右；发动机左、右悬置的固有频率在20 Hz处，且传递率都低于1，隔振率较好，与时域分析结论吻合。

图8 基于空挡不同转速数据动力系统悬置传递特性统计

4 结束语

针对某型车驾驶室地板振动较大的问题，首先对驾驶室地板振动水平评价，并对动力总成悬置系统进行了隔振特性试验研究分析。试验结果表明，该型车动力总成的左、右悬置对发动机振动起到了较好的衰减作用；变速箱悬置对发动机的振动没有起到理想的衰减效果，需要进行改善，悬置隔振特性分析结果为该车后续的减振工作打下了基础。

［1］郭荣，章桐. 汽车动力总成悬置系统［M］. 上海：同济大学出版社，2013.

［2］季晓刚，章应雄，唐新蓬. 汽车动力总成悬置研究的发展［J］. 汽车科技，2004（1）：4-6.

［3］杨海澜，梁天也. 发动机悬置研究综述［J］. 农机使用与维修，2015，27（12）：6-10.

［4］章菊. 汽车动力总成悬置系统的优化设计及仿真分析［D］. 长沙：湖南大学，2013.

［5］孟红英. 汽车传动系统悬置的优化设计［J］. 汽车实用技术，2012（07）：56-59.

［6］庞剑，谌刚，何华. 汽车噪声与振动：理论与应用［M］. 北京：北京理工大学出版社，2006.

U463.83

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2016.05.004

1002-4581（2016）05-0011-04

2016-04-06