某車型油門踏板振動(dòng)控制研究

王程榮 葉映芳（等同于第一作者）

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州215000）

隨著中國(guó)汽車的快速發(fā)展，其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，外資和合資品牌的強(qiáng)勢(shì)進(jìn)入，對(duì)國(guó)內(nèi)自主品牌汽車的性能要求也更加苛刻，已由當(dāng)年的能開(kāi)耐用方向轉(zhuǎn)變成既要便宜又需舒適，而其中客戶最關(guān)注的就是舒適性，轉(zhuǎn)換到工程上，就是車輛啟動(dòng)后NVH 性能要好。

油門踏板作為駕駛員最直接也是接觸最為頻繁的功能件，它時(shí)刻與駕駛安全相聯(lián)系著，為此油門踏板的人機(jī)交互以及NVH 性能在很大程度上影響了駕駛員對(duì)車輛舒適性的直接評(píng)價(jià)。

本文通過(guò)模態(tài)仿真分析和試驗(yàn)相結(jié)合的方法[1-2]，基于薄板振動(dòng)理論快速識(shí)別前圍板和踏板支架是導(dǎo)致油門踏板振動(dòng)的主要原因，并同步進(jìn)行油門踏板的模態(tài)頻率提升，有效改善了踏板的振動(dòng)抱怨，使油門踏板在駕駛過(guò)程中的2 階振動(dòng)幅值由原來(lái)的0.07g 下降至0.02g，車輛駕駛的整體線性度得到了很大提升。

1 問(wèn)題描述及原因分析

1.1 問(wèn)題描述

考慮到自動(dòng)檔車輛在D 檔時(shí)會(huì)頻繁切換檔位，不利于工況的準(zhǔn)確分析，特選定3 檔全油門加速作為具體分析工況，以油門踏板踩踏處附近點(diǎn)為振動(dòng)采集點(diǎn)，如圖1 所示。實(shí)車道路測(cè)評(píng)，發(fā)現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速掃至2000～2500rpm 范圍時(shí)，主觀評(píng)估油門踏板的振感較為明顯，經(jīng)客觀測(cè)試，此轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，踏板垂向振動(dòng)頻譜云圖存在振動(dòng)抱怨特征，且此方向的2 階振動(dòng)曲線在2190rpm 轉(zhuǎn)速下存在明顯峰值，上升和下降的斜率異常高，幅值達(dá)到了0.09g，存在振動(dòng)抱怨。

1.2 原因分析

1.2.1 特征頻率分析

圖1 油門踏板振動(dòng)采集點(diǎn)

油門踏板振動(dòng)的峰值特征頻率為73Hz，根據(jù)公式（1）可計(jì)算得到在轉(zhuǎn)速為2190rpm 時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)2 階激勵(lì)頻率為73Hz，與踏板的峰值振動(dòng)特征頻率吻合。

式中：n 為發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；i 為發(fā)動(dòng)機(jī)階次，i=2。

1.2.2 關(guān)聯(lián)件模態(tài)頻率分析

根據(jù)前期分析，可以明確得出發(fā)動(dòng)機(jī)2 階激勵(lì)引起了踏板的振動(dòng)抱怨，需進(jìn)一步分析踏板本體共振還是周邊零部件共振引起。為此分別針對(duì)響應(yīng)點(diǎn)附件的前圍板和油門踏板本體進(jìn)行了仿真分析，前圍板的一階模態(tài)振型，頻率為73Hz 的板件呼吸模態(tài)，踏板本體的一階模態(tài)振型，頻率為82Hz 的擺彎模態(tài)。針對(duì)2190rpm 這個(gè)峰值點(diǎn)，由于前圍板鈑金存在局部呼吸模態(tài)，導(dǎo)致共振引起踏板在此轉(zhuǎn)速點(diǎn)的峰值共振，而油門踏板本體的82Hz 模態(tài)，因距離抱怨頻率點(diǎn)（73Hz）較近，也有可能引起2400rpm 附近的振動(dòng)加強(qiáng)。

2 方案優(yōu)化設(shè)計(jì)及仿真驗(yàn)證

2.1 方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

為此，分別針對(duì)前圍板和踏板支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了工程可行的方案分析，綜合考慮此問(wèn)題為架構(gòu)成型的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)避讓和重量平衡。針對(duì)前圍板，依據(jù)薄板振動(dòng)理論[3]由原來(lái)的局部光板改成局部成型板，在此基礎(chǔ)上加大加強(qiáng)板的應(yīng)用面積，增強(qiáng)面積由原來(lái)的35%提升至78%的覆蓋率；針對(duì)踏板支撐結(jié)構(gòu)，進(jìn)行薄弱環(huán)節(jié)[4]的局部加強(qiáng)；同時(shí)針對(duì)油門踏板本體也進(jìn)行局部結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

2.2 仿真效果驗(yàn)證

針對(duì)前圍板和支撐結(jié)構(gòu)，依據(jù)不同階段分別進(jìn)行了頻響函數(shù)仿真分析，分析結(jié)果表明，無(wú)論采用極端的臨時(shí)方案還是通過(guò)前圍板和支撐結(jié)構(gòu)的局部加強(qiáng)，在65～85Hz 頻率范圍內(nèi)，可以有效降低踏板本體的振動(dòng)響應(yīng)，長(zhǎng)期可行的工程方案其最大降幅也達(dá)8dB；而油門踏板本體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，其模態(tài)頻率也由原來(lái)的83Hz 提升至100Hz，可有效降低人體對(duì)100Hz 以下的振感。

3 問(wèn)題改善及效果驗(yàn)證

根據(jù)試驗(yàn)及仿真分析結(jié)果，分別對(duì)前圍板、踏板支撐結(jié)構(gòu)以及油門踏板本體進(jìn)行的工程方案實(shí)施。依據(jù)長(zhǎng)期方案數(shù)模，進(jìn)行車輛的工程制造，基于抱怨工況進(jìn)行改進(jìn)后方案效果的實(shí)車驗(yàn)證測(cè)評(píng)，振動(dòng)測(cè)點(diǎn)參考圖1，測(cè)試效果如圖2 和圖3 所示。實(shí)車評(píng)估結(jié)果表明，車輛在全轉(zhuǎn)速段沒(méi)有抱怨，主觀改善明顯，由原來(lái)的抱怨程度提升至可接受狀態(tài)，圖2 所示的隨轉(zhuǎn)速頻譜云圖看出，全轉(zhuǎn)速段沒(méi)有明顯的振動(dòng)凸顯特征，特征變化較為線性，圖3 所示的頻譜總值可以看出，踏板本體的振動(dòng)響應(yīng)幅值已經(jīng)由原來(lái)的0.07g 下降至0.02g，且無(wú)論是臨時(shí)方案還是長(zhǎng)期工程方案，振動(dòng)幅值都下降明顯，線性度較好，與主觀評(píng)估相吻合。

4 結(jié)論

本文依托實(shí)車開(kāi)發(fā)過(guò)程中的整車，以油門踏板為研究對(duì)象，通過(guò)實(shí)車測(cè)評(píng)和仿真分析相結(jié)合的手段，快速識(shí)別引發(fā)油門踏板振動(dòng)的根本原因，對(duì)解決工程N(yùn)VH 抱怨具有指導(dǎo)性意義。

圖2 油門踏板加速垂向振動(dòng)頻譜云圖

本文對(duì)和振動(dòng)抱怨頻率吻合的前圍板進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化提升油門踏板的模態(tài)頻率，減小了前圍板和油門踏板頻率耦合的區(qū)間，降低共振產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)車驗(yàn)證達(dá)到了較好的減振效果。在車輛的工程開(kāi)發(fā)過(guò)程當(dāng)中，對(duì)于NVH 性能較為敏感的薄弱環(huán)節(jié)，因予以重點(diǎn)考慮，有效避開(kāi)耦合區(qū)間。

圖3 油門踏板加速2 階垂向振動(dòng)幅值

[1](比利時(shí))海倫等著.白化同,郭繼忠譯.模態(tài)分析理論及試驗(yàn)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2001.6.

[2]李德葆,陸秋海著.實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析及其應(yīng)用.第一版[M].北京:科學(xué)出版社,2001.

[3]龐劍.汽車車身噪聲與振動(dòng)控制[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2015.

[4]王程榮,李功宇,趙曉蕓. 臺(tái)式鉆床動(dòng)態(tài)特性的試驗(yàn)分析與結(jié)構(gòu)動(dòng)力修改[J].噪聲與振動(dòng)控制,2012,32(3).