某客車偶發的共振問題分析探討

張永華

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

隨著勞動生產率的提高以及物質財富的不斷累積，享受型經濟已經呈現出蓬勃發展的態勢。汽車已然成為大眾消費品，私家車普及率已經較高，使得人們對于客車的乘坐要求也從滿足基本的安全出行要求轉變到追求安全、舒適的享受性出行體驗。

我司開發某款客車（后文以“BEST”為代號），定位于7米級高端中巴車型，定位于政務、團體接待、旅游等中高端需求市場，此市場定位車型對于整車NVH性能要求較高。市場偶有反饋，車速在70 km/h左右時，存在整車共振導致的乘坐舒適性降低、進而引起客戶抱怨的問題。針對 BEST客車在特定車速下部分車輛出現異常振動問題，現場采取了多種措施進行應對，但引起該車振動問題的振源沒有明確，不能解釋該車振動現象產生的原因，本文通過進一步深入開展相關測試與分析工作，并基于測試數據分析，確定根源所在以及改進思路、改進具體舉措，并驗證實施，為類似共振問題的分析解決提供借鑒。

1 共振問題分析思路

整車NVH性能測試與診斷，一般技術流程如下：

圖1 NVH問題測試診斷一般流程[1]

2 某客車共振問題測試及其分析

2.1 共振車輛數據測試采集

2.1.1 測試車輛、測試點選擇

選擇標桿車輛、BEST客車(共振問題存在)車輛各1輛。

基于對于振動現象的初步判斷，布置加速度傳感器，進行振動數據采集。

2.1.2 測試工況

測試標桿車、BEST樣車偏頻；

測試4擋下，車速40 km/h、50 km/h、60 km/h、70 km/h、75 km/h勻速5個車速下行駛振動數據；

測試5擋下，車速60 km/h、70 km/h、75 km/h、80 km/h、90 km/h、100 km/h勻速6個車速下行駛振動數據；

2.1.3 測試數據

偏頻測試數據：兩臺測試車輛，偏頻數據如下：

表1 偏頻數據

2.2 測試數據分析

2.2.1 共振車速頻率分析

重點對共振點工況數據進行分析，其他工況數據作為查詢參考。

主觀感受70 km/h時（儀表顯示值）振動最大，對應5檔發動機轉速 1 860 rpm，對此工況下測試數據進行重點分析。從測試曲線數據可以看出，70 km/h車速時，頻率15Hz的振動振幅最大，主駕座椅Z向振動達到峰值0.78 m/s2，同時此時主觀感受共振現象發生。根據此測試數據判定，此共振頻率集中在15 Hz～16 Hz。

2.2.2 關鍵系統、零部件的頻率核算、測試

對發動機、傳動軸、輪胎等激勵源，懸架、車架等響應件進行相關核算以及測試工作。

（1）發動機、傳動軸、輪胎激勵頻率。共振測試工況，發動機轉速為1 860 rpm，以此為計算依據，對發動機、傳動軸、輪胎激振頻率首先進行理論計算。

（2）共振工況時前后懸架響應及其頻率。從共振測試數據看，在已確定的15 Hz～16 Hz共振頻率段，轉向節振動加速度值異常，地面或者輪胎激勵通過前懸架作為主要振動傳遞路徑傳遞。

此車型懸架偏頻數據為：

表2 懸架偏頻數據

從偏頻測試看，前車輪部分固有頻率15.8 Hz，與15 Hz～16 Hz共振頻率重疊，后車輪部分固有頻率13.9 Hz，與15 Hz～16 Hz共振頻率較為接近。

（3）車架模態分析測試。對于車架模態從理論的有限元分析和實際測試兩方面開展分析工作。

1）有限元理論模態分析

建立有限元模型，對BEST車架模態進行分析。

2）車架模態實際測試

車架模態測試基本原理可參見圖2，試驗采用單點激振，激振信號采用正弦掃頻信號，掃頻范圍為1～200 Hz，掃頻速度為0.2 Hz/s。

圖2 車架模態測試原理[2]

2.3 共振測試分析小結

基于上述CAE等計算分析、實測數據分析等，BEST車型此共振問題形成如下結論：

（1）共振車速時，共振頻率15 Hz～16 Hz；

（2）輪胎二階激勵15.5 Hz，確定為主要激勵源；

（3）前懸架車輪部分固有頻率15.8 Hz，傳遞路徑中有放大作用；

（4）BEST車架實測一階彎曲頻率為14.96 Hz，傳遞路徑中有放大作用。

3 改進措施分析以及驗證

基于上述共振測試分析結論，有針對性地對激振源、傳遞路徑關鍵件進行改進措施分析，并進行方案實施驗證以及測試。

3.1 車輪總成的改進

車輪總成與整車 NVH相關的性能指標，主要有動不平衡量、總成端跳、總成徑跳等，車輪總成進一步細分為車輪和輪胎兩個關鍵部件，其與 NVH強相關的各項性能指標作為重點考量。

3.1.1 車輪總成的改進

基于經驗以及對標思路，對標桿車、BEST鋼圈性能進行測試對比。對鋼圈測試臺架進行確認，此車型鋼圈為固定螺母球面定位，發現目前測試臺架為普通中孔定位式測試臺架，故對測試臺架進行重新制作，按照整車的鋼圈定位方式，即球面定位方式，進行測試臺架完善。

基于改進后盡量模擬整車固定方式的測試臺架，對標桿車、BEST鋼圈進行測試，NVH相關主要數據見表3：

表3 標桿車、BEST鋼圈性能數據測試對比表

從測試數據分析，BEST鋼圈性能尤其是與NVH相關的端跳、徑跳、平面度、位置度、同軸度等不低于標桿水平。另一方面通過聯合車輪供應商共同攻關，有助于提高供應商質量管控意識，這對于產品質量一致性管控提升也大有裨益。

3.1.2 輪胎的改進

對標標桿輪胎，在BEST現有輪胎基礎上進行提升，標桿、BEST輪胎改進前后部分性能對比如表4。

表4 標桿車、BEST輪胎性能對比表

對于客車車型，輪胎基本是選定型號后作為標準件在使用，不同供應商產品品質性能不一，同一供應商同型號輪胎也可能有不同性能定位產品，隨著客戶對于車輛各項性能要求的持續提高，精細化匹配已經是行業面臨的現階段重點問題，輪胎對于車輛的性能有時起著決定性影響，如動力經濟性、平順性、操縱穩定性等，需重視進行全面的測試確認。

3.1.3 其他方面改進

根據車型開發累積經驗以及對于生產制造系統的調研，對于此共振問題從其他方面也同步思考。

（1）傳動軸方面改進。傳動軸動平衡、中間托架的剛度及其耐久性能，甚至于總裝裝配工藝，對偶發的振動問題也有一定貢獻量。現場調研發現，生產有時為了方便裝配，將總長度較長、重量較重的整體式動平衡的傳動軸伸縮花鍵拉開，分步裝配到車輛上，但是如果未能有效標記防錯，不同傳動軸前后傳混裝，破壞了傳動軸動平衡以及相位運動關系，將大概率引起整車振動問題。

（2）車架車身間軟連接應用。車架與車身之間，通過增加柔性橡膠減震墊的結構優化，可以有效過濾或減弱中低頻振動，降低振動峰值，進而減小車身振動，提高乘坐舒適性。

4 結束語

NVH問題一直以來是行業面臨的棘手問題，伴隨著客戶期望的持續提高，NVH相關問題的解決成為各企業以及工程師的階段難點。本文基于某車型實際問題的分析解決，從分析思路、流程的確定，到具體測試方案的制定、測試數據的采集分析，并結合標桿車測試數據，確認了共振頻率、激振源以及傳遞路徑，根據分析結論，對各相關關鍵系統、部件進行了改進分析，并進行了實施驗證，解決了此共振問題。