2014CG-PP084
２０１４ＣＧ￣ＰＰ０８４
基于某款汽车踏板抖动优化
谭淼?王洋?李飞?乔鑫
华晨汽车工程研究院
?摘要?一驾驶室内抖动问题一直是影响汽车ＮＶＨ性能的重要因素?发动机激励会通过发动机悬置传递到车身内部各个地方?使驾驶室内出现抖动问题?而加速踏板直接作用于人体?使得踏板抖动问题成为首要解决的问题之一?本文通过ＣＡＥ仿真模拟踏板ＶＴＦ并进行相关优化?并通过测试验证?最终解决脚踏板抖动问题?
?关键词?一ＮＶＨ?ＶＴＦ?试验?ＣＡＥ
ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｎＰｅｄａｌＪｉｔｔｅｒＢａｓｅｄｏｎａＳｅｃｔｉｏｎＣａｒ
ＴａｎＭｉａｏ?ＷａｎｇＹａｎｇ?ＬｉＦｅｉ?ＱｉａｏＸｉｎ
ＢｒｉｌｌｉａｎｃｅＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ
一一Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＣａｂｊｉｔｔｅｒｈａｓａｇｒｅａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｖｅｈｉｃｌｅＮＶＨｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｍｏｔｉｖａｔｉｏｎｗｉｌｌｂｅｐａｓｓｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｅｎｇｉｎｅｍｏｕｎｔｔｏｔｈｅｃａｂ?ｔｏｍａｋｅｔｈｅｃａｒｈａｖｅｊｉｔｔｅｒ Ｄｕｅｔｏｔｈｅａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒｐｅｄａｌｈａｖｅａｄｉｒｅｃｔｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｈｕｍａｎｂｏｄｙ?ｔｈｅｐｅｄａｌｊｉｔｔｅｒｈａｓｂｅｃｏｍｅｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｓｓｕｅ Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ?ｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔａｎｄＣＡＥｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｔｏｉｄｅｎｔｉｆｙｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｏｐｔｉｍｉ￣ｚａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅ?ｔｈｅｒｅｂｙｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｊｉｔｔｅｒｌｅｖｅｌｏｆｔｈｅｐｅｄａｌ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＮＶＨ?ＶＴＦ?ｔｅｓｔ?ＣＡＥ
引一一言
影响脚踏板加速抖动的原因有发动机振动源大二传递路径问题二悬置隔振量不足等?在项目发展后期?变动发动机及悬置形式成本是较大的?通过改变传递路径形式可有效减缓发动机传递到踏板的振动?本文通过ＣＡＥ模拟软件对踏板进行ＶＴＦ分析?制定方案并通过实验验证ＣＡＥ模拟结果?从而解决踏板抖动问题?
１一ＶＴＦ相关理论
１ １一ＣＡＥ理论
一个多质量系统动力学微分方程写成矩阵形式为:
[Ｍ]{Ｘ七}＋[Ｃ]{?ｘ}＋[Ｋ]{ｘ}＝{Ｆ}(１)式中?[Ｍ]二[Ｃ]二[Ｋ]分别为质量矩阵二阻尼矩阵和刚度矩阵?{ｘ七}二{?ｘ}二{ｘ}分别为结构的加速度向量二速度向量和位移向量?{Ｆ}为结构的激振力向量?
１ ２一实验理论
假设一辆汽车受到多个激励力的作用?每一个激励力都对应着几个传递路径?那么这个激励力和某个传递路径就产生了一个系统响应?以振动为例?某个特定的振动响应可表示为:
Ｓｍｎｋ＝Ｈｍｎｋ(ω)Ｆｎｋ(ω)(２)式中?Ｈｍｎｋ为传递函数?Ｆｎｋ为激振力频率?
车内振动受某个激振力作用?传递过来的所有振动成分之和可表示为
ｓｍ＝eＮ?３ｎ＝１?ｋ＝１ｓｍｎｋ＝eｎ?３ｎ＝１?ｋ＝１Ｈｍｎｋ(ω)Ｆｎｋ(ω)(３)
车内振动受所有激振力作用?传递过来的所有振动成分之后可表示为:
ｐ＝eｍｐｍ(４)激振力如果直接作用在车身?所对应的传递函数就是车身传递函数?
２一实验测试结果
华晨某款汽车?在加速过程中出现加速踏板抖动现象?图１为加速过程中的踏板抖动加速度曲线
?
图１一加速踏板振动加速度曲线
通过测试可以看出在发动机１８００ｒ/ｍｉｎ与３７００ｒ/ｍｉｎ处出现较大峰值?通过转速与频率关系可以计算出问题频率为６０Ｈｚ和１００Ｈｚ左右?通过问题描述?初步怀疑引起加速踏板抖动的原因是车身ＶＴＦ存在问题?车身对激励的衰减量不够造成的?图２为车身ＶＴＦ测试结果?
此测试的激励点为左悬置安装点?响应点为加速踏板?通过测试结果可以看出?车身ＶＴＦ在６５Ｈｚ与１００Ｈｚ左右
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存在较大峰值?这与加速过程中加速踏板的振动问题频率相吻合?所以初步确定问题频率可能是由于车身问题引起的
?
图２一车身ＶＴＦ实验结果
３一ＣＡＥ模拟仿真
３ １一模型建立
由于测试是在整车状态下进行的?但是目前ＣＡＥ仅拥有白车身?所以对白车身进行ＶＴＦ分析?分析模型如图３所示
?
图３一白车身ＣＡＥ模型
确定加载信息及响应点
本文的加载点为副车架变速器侧安装点?响应点为加速踏板安装点?如图４和图５所示
?
图４一
激励点
图５一响应点
３ ２一分析结果
由于分析与实验的边界条件不同?所以可能会出现一定的偏差?分析结果如图６所示
?
图６一ＶＴＦ分析结果
根据实验给出的反馈?在此水平下的ＶＴＦ?踏板在加速过程中存在多处振动峰值?现需要通过优化?来改善ＶＴＦ状态从而改善踏板在加速过程中的抖动问题?改善方案如图
７所示
?
图７一优化方案(蓝色为新添加的零件)
通过ＣＡＥ进行ＶＴＦ分析?分解结果如图８所示?
４
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图８一优化前后ＶＴＦ对比图
从对比图可以看出?ＶＴＦ在Ｘ向７０Ｈｚ二１４０Ｈｚ以后?
Ｙ向４０Ｈｚ二８０Ｈｚ二１４０Ｈｚ以后?Ｚ向４０Ｈｚ二８０Ｈｚ二１２０Ｈｚ处
有明显的降低?
４一实验验证
对优化方案进行整车ＶＴＦ测试?测试结果如图９所示
?
图９一优化后与优化前整车ＶＴＦ测试对比图
一一红线为优化前ＶＴＦ测试曲线?黑线为优化后ＶＴＦ测试
曲线?
通过对比可以看出优化后的整车状态ＶＴＦ曲线在６５Ｈｚ与１００Ｈｚ处有明显的降低?说明优化方案对整车ＶＴＦ是有
明显效果的?现对整车状态进行加速测试?测试结果如图
１０所示
?
图１０一整车状态加速振动测试对比图
红线为优化前加速踏板振动曲线?黑线为优化后加速踏板振动曲线?
通过整车加速振动测试可以看出?１８００ｒ/ｍｉｎ与
３７００ｒ/ｍｉｎ的振动峰值有明显降低?从测试结果可以看出引
起加速踏板抖动的直接原因为车身ＶＴＦ?
５一结论
本文通过测试发现踏板抖动问题?找出引起的问题原因可能为车身ＶＴＦ问题?通过仿真进行相关优化?进行实验
验证?最终解决确定问题原因并最终解决问题?本文采用
ＣＡＥ模拟分析?找出优化方案?最终通过实验验证?使实
验与仿真有效地结合在一起?此方法可以用作相关振动问题
的分析方法?
参考文献
[１]一庞剑.汽车噪声与振动[Ｍ].北京:北京理工大学出版社?２００６.[２]一ＭａｌｔｈｅｗＨａｒｒｉｓｏｎ.如何将汽车制造成精品:汽车噪声与振动控制[Ｍ].李惠彬?译.北京:机械工业出
版社?２０１０.
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