某动力总成启动振动大问题优化
[摘要]动力总成振动噪声作为汽车的主要噪声源，发动机的启动振动又占很大的比重，尤其在智能启停日益普遍的今天，其重要性不言而喻；本文针对某动力总成冷启动振动大问题，通过试验及分析，找出问题的最优解决方案：通过增加横拉杆式后悬置刚度来降低启动振动。
随着社会的日益进步和科学技术的不断发展，人们对汽车舒适性的要求也越来越高。汽车在启动、怠速、正常行驶和停车等各种工况下良好的NVH 性能是评判现代汽车质量优劣的重要标志。汽车发动机是影响汽车在各种工况下振动噪声性能的主要总成之一。发动机在冷启动瞬间，其运行工况更恶劣，产生的激励比较大，很容易引发NVH 问题；而且随着智能启停技术的普遍应用，频繁启动-停止引起的振动噪声问题也不容忽视。因此，控制发动机启动-停止过程中的振动噪声问题成为了一个重要的课题。根据以往经验，冷启动工况更加苛刻，冷启动振动若可接受，一般热车状态不会产生问题，因此本文重点介绍冷启动的问题。要想控制启停过程中的振动噪声，必须先明白启停过程中的源—路径—响应这条传递链上的基本原理；这里先介绍下传统启动机启动的发动机冷启动过程：1) 同步：启动机齿轮与发动机飞轮上的齿圈啮合，启动机拖动发动机转动达到稳定拖动转速并维持很短的时间；此过程中喷油点火系统不工作，时间极短，发动机靠启动机纯机械带动；图1 中A 段为启动初始到稳定拖动转速阶段，B段为稳定拖动转速阶段；2)启动：当达到一定转速后（脱离转速），启动机齿轮与飞轮盘脱离，喷油和点火开始工作，发动机开始产生转矩并使转速增加，当发动机转速增加到启动结束转速并降至怠速转速后，启动过程结束；图1 中C 段为稳定拖动转速值着火怠速过渡阶段；3) 启动后：启动后阶段是启动到热机阶段的过渡过程，此时发动机温度上升，阻力减小，一般燃油混合气仍需要加浓一段时间，保证发动机尽快达到热机状态；图1 中D 段为着火后怠速阶段。启动瞬间，转速从零短时间内升高，本身对力的要求比较大，特别是冷车启动时，发动机气缸壁、曲轴轴承等零部件处机油还未到达，导致润滑不足，会造成各种力的冲击，会导致很多振动噪声问题的产生。同时，转速从零升高的过程中，会经过动力总成的刚体模态，且动力总成模态一般都比较低，整车坐标系下Rx（纵置）或Ry（横置）的模态普遍在10Hz 上下，会导致动力总成产生低频大位移的振动，从而使悬置工作在非线性段，刚度显著提高，滤振效果降低，从而将振动更多的传递至车身，导致振感明显。对某搭载横置四缸机的车型进行整车振动噪声测试时，冷启动瞬间发现座椅振感明显，主观评价5.5 分，不可接受；对其进行测试，发现座椅X 向振动偏大；数据如图1 所示，横轴为频率，纵轴为时间，颜色代表振动幅值（颜色越亮振动幅值越大）。通过对数据进行分析，发现振动的频率为10Hz，且此动力总成Ry 的模态为10Hz，可知此振动产生的原因为启动过程中，发动机的二阶激励达到10Hz 时，激励启动力总成Ry 向的模态，从而引发振动。因振动的主要频率为10Hz 左右，对测试的原始信号进行1-50Hz 的滤波处理，得图2 所示的振动信号。X 向振动峰值为0.58m/s2。对启动振动进行源-路径-响应进行分析，源头解决若时间成本（项目进度）、物质成本（样件、人员产生的费用）、机会成本（对排放等其他性能的影响）等在可接受范围，肯定为最优选择，但通过权衡，成本较高，因此作为备选方案；路径解决可以优先从悬置隔振上进行解决，综合成本较低；响应处因10Hz 频率较低，座椅、车身等在10Hz 也不存在明显的模态，因此此方案改进预期效果不明显；综上，将路径解决作为优先方案进行推动。此车搭载的发动机为横置四缸机，三点式悬置布置；经分析发现此动力总成发动机悬置、变速箱悬置连接线与扭矩轴夹角几乎为0°，即发动机悬置与变速箱悬置对动力总成的X 向的位移限制作用有限。而横拉杆式后悬置安装的位置可以有效的防止动力总成Ry 向的扭转运动，因此考虑更改横拉杆式后悬置X 向的刚度来改善此问题。分析横拉杆式后悬置启动瞬间刚度情况，发现其工作位置在过渡段接近非线性段处，刚度较大，因此考虑提高横拉杆式后悬置X 向刚度，让其工作在过渡段接近线性段处，使启动瞬间刚度降低，增加隔振量来减小振动的传递。同时也可提高动力总成模态，使其振动频率提高，振动能量降低。对优化后的横拉杆式后悬置进行验证，测试座椅导轨振动，并与原横拉杆式后悬置进行对比，如图6 所示，可知：刚度280 N/mm 的横拉杆式后悬置：座椅X 向振动峰值为0.58 m/s2，根据原始信号波峰位置可得振动峰值频率为10Hz；刚度430 N/mm 的横拉杆式后悬置：座椅导轨X向振动峰值为0.33 m/s2，根据振动信号波峰位置可得振动峰值频率为11.1Hz。随着刚度的提高车内座椅导轨X 向振动降低，主观评价优化后横拉杆式后悬置7.0 分，为可接受状态。发动机启动的振动噪声是整车振动噪声的重要组成部分，本文通过对发动机启动过程中激励源、传递路径、响应进行分析，评估从源、路径、响应三方面进行问题解决的成本，选择出从路径上进行问题解决。确定解决方向后，剖析各个路径对启动振动的影响，选择对Ry 向运动影响较大的横拉杆式后悬置作为更改点，根据悬置刚度曲线，最终选择提高横拉杆式后悬置X 向刚度作为方案进行验证，最终将问题顺利解决。来源：2020 年第十七届汽车 NVH 控制技术国际研讨会论文集免责申明：本公 众 号所载文章为本公 众 号原创或根据网络搜索编辑整理，文章版权归原作者所有。因转载众多，无法找到真正来源，如标错来源，或对于文中所使用的图片，资料，下载链接中所包含的软件，资料等，如有侵权，请跟我们联系协商或删除，谢谢！
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首次发布时间：2023-04-18
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