商用车怠速车内振动优化研究

车辆怠速工况运行时，发动机是唯一的激励源，其振动经由悬置系统、车架、驾驶室悬置传递至车内，最终通过座椅及方向盘传递至驾驶员，影响驾驶员的驾乘舒适性 。

本文针对某商用车怠速工况车内振动大且劣于竞品车的问题进行深入的分析，并对其进行改善及优化。

1 车内振动大原因分析

1.1 实车振动测试

怠速工况下车内振动主要传递路径为动力总成-悬置-车架-驾驶室悬置-驾驶室。为尽快排查出问题原因，实车测试时，在整个振动传递路径上均布置振动传感器。测试工况为热机怠速、怠速升速两个工况。

1.2 传递路径上各点振动分析

表1为怠速工况下动力总成至车内各点振动的测试结果，表中数值为各测点X/Y/Z三个方向0～100Hz频率范围内振动值平方的均方根值。

由表1可知，两车发动机端振动相当，经过动力总成悬置后，该商用车被动端振动较竞品车高53%，此后振动经过每个传递点直至车内各点均高于竞品车50%以上。由此可知，该商用车车内振动比竞品车差的主要原因为动力总成悬置系统隔振性能差，须重点优化。

两种优化方案悬置系统固有频率分布情况与原方案对比如表6所示。

2 悬置系统建模及优化

2.1 悬置系统建模

优化悬置系统的隔振性能，首先要研究其振动特性，建立6自由度模型 。该商用车动力总成采用四点悬置，前后悬置分别布置在发动机及变速箱左右端，为V型布置。悬置软垫为橡胶件，其固有频率远低于动力总成最低阶弹性模态，建模时可忽略，仅考虑悬置系统刚体模态。虽然各悬置软垫在X/Y/Z三个方向都有阻尼，因其阻尼只降低悬置系统共振峰值，对系统固有频率基本无影响，可将系统简化为无阻尼自由振动系统 。动力总成悬置系统的振动特性可表示为：

+

=0

(1)

=(

,

,

,

,

,

)

(2)

根据隔振理论，悬置系统最高阶固有频率应小于发动机怠速工况下主激励频率的0.707倍，即小于18.8Hz，同时绕曲轴方向的固有频率应小于发动机怠速激励频率的0.5倍 ，因本文动力总成布置形式为纵置式，即绕X轴旋转模态应小于13.3 Hz。从整车模态避频角度，悬置系统的各阶模态应避开驾驶室刚体模态(1Hz～4Hz)及簧下偏频(13Hz～15Hz)。另外，人体对垂直方向振动最敏感的频率范围为4～6Hz ，悬置系统Z向模态应避开此频率范围。综合以上几点，确定悬置系统各阶模态频率须控制在6～13Hz。同时，为了避免各方向模态重合，要求各方向模态频率间隔不小于0.5Hz。

已知动力总成质量、转动惯量，质心位置，各悬置安装点位置以及悬置软垫

三向刚度，即可计算出悬置系统的质量矩阵及刚度矩阵，进而求出六个自由度方向上的振动模态频率及能量解耦程度。

The time of patients’ stay in the intensive care unit was shortest after endovascular interventions and longest after open methods of reconstruction.Hemodynamic instability was often noted after open operations.

2.2 优化目标

式中，

为质量矩阵，

为刚度矩阵，

为质心位移列向量；

为质心加速度列向量。

多目标优化解集有多组悬置软垫刚度组合数据，为避免多组软垫刚度组合对应的固有频率及解耦率均满足设计要求却有不同的隔振效果，结合供应商的制造能力，选取2组悬置软垫刚度组合方案分别进行实车验证以确定最终优化方案。两种方案悬置软垫刚度参数见表5。

三是完善标准化建设。在北京市地方标准 《生态清洁小流域技术规范》的基础上，修改论证审查发布《北京市山区河流水文形态评价导则》、《北京市山区河流生态监测技术导则》《北京市河流、流域、小流域名称代码》《生态清洁小流域工程质量评定规范》等4个地标，形成水土保持规划、设计、施工、验收、管理全过程水土保持技术标准体系。

加大宣传力度，通过设置专门宣传栏、固定宣传标语、悬挂宣传横幅、利用电视广播等多种方式，让社会各界了解水库确权划界的意义、相关水利法规及政策。采取与村民和其他相关方召开座谈会或进行一对一沟通等形式，营造良好的社会舆论氛围，争取广大干部群众的支持。加大执法力度，推进执法队伍建设，建立完善的巡查制度，严厉打击水库管理范围内各种违建行为，严格落实各项建设项目的办事程序和相关要求。

2.3 原状态悬置系统计算结果

原状态悬置系统总质量为379.2kg，转动惯量参数见表2所示，质心位置及悬置安装位置参数见表3，前后悬置软垫刚度分别为：前悬置：X/Y/Z：148/151/669 N/mm，后悬置：X/Y/Z：21/21/127 N/mm。

计算得到原状态悬置系统6个方向模态频率及解耦率如表4所示。

④ 教师总结：整数乘以小数有两种含义，分别对应两种情况，第一种与整数乘法的意义相同，第二种表示为求一个数的十分之几，百分之几.在这个环节中，老师应着重强调运算律的作用！

不同于演讲和新闻播报等口头表达形式，口语交际因其交流主体在时空上的独特性而呈现以下特征：动态性、互动性和随意性。

由表4可知，原状态悬置系统各阶模态频率小于发动机主激励频率的0.707倍，且最小间隔大于0.5Hz，满足隔振理论要求。但绕X轴旋转方向固有频率为13.57Hz，大于发动机怠速激励频率的0.5倍，且与发动机绕曲轴旋转的1阶激励频率及车辆簧下偏频接近，容易引起共振，不满足频率分布要求。

从能量解耦程度分析来看，除X向解耦程度较好外，其他方向的解耦率均小于75%，最差的RZ向解耦率只有40.74%，且主要激励方向Z向解耦率低于65%，解耦程度非常不理想，必须优化提升。

2.4 优化结果

由于该动力总成为市场成熟产品，悬置安装位置及角度均已定型，如改动会影响整车总布置，因此确定悬置优化策略为以悬置软垫三向刚度为变量，优化悬置系统的固有频率及解耦率。

解耦率方面，由于发动机主要激励为垂直方向振动及绕曲轴转动，因此，要求Z方向及RX方向的解耦率不得低于85%，其余4个方向不得低于80% 。

之前的对照试验绝大多数只采用了电生理和评分来进行术后效果的评价，为了更好地反映手术效果，我们加入了高频超声剪切波弹性成像技术来评价正中神经的压力情况。这是一种全新的超声检测方法，它可以定量地测量组织的弹性，从而反映组织的受压情况[27]。SWE通过发射超声，激发组织产生剪切波，根据弹性测量公式就可以直观地计算出组织的实际弹性值。它不但对操作者的技术依赖性更低，可重复性高，而且可以明确地计算组织弹性，具有明显的优越性，是一种更有前景的检测方法[27]。Cingoz 等[11]通过77例腕关节内正中神经的剪切波弹性成像的研究发现SWE成像在诊断腕管综合征和评估其严重程度方面有非常重要的价值。

两种方案主要激振力方向上的固有频率较原方案均有所下降，在相同激励频率下，悬置系统固有频率与激励频率的比值增大，系统的隔振性能也会随之提升。

由对比可知，两种优化方案悬置系统各阶模态间隔均大于0.5Hz，有效避免了模态重叠。方案1悬置系统最低阶固有频率为6.41Hz，最高阶固有频率为12.64Hz，Z方向固有频率为10.53Hz，RX方向固有频率为12.14Hz，均满足优化目标要求；方案2悬置系统最低阶固有频率为6.53Hz，最高阶固有频率为11.86Hz，Z方向固有频率为9.99Hz，RX方向固有频率为11.3Hz，也满足优化目标要求。

老太医高兴地道：“太好了，亲不亲，家乡人。”与秦铁崖互致问候之后，老太医放下托盘，“先请喝杯茶，我去准备一下，弄点下酒菜。”

两种优化方案悬置系统解耦率与原方案对比如表7所示。

由对比可知，方案1悬置系统Z方向解耦率为88.54%，较原方案提升26%，RX方向解耦率为86.51%，较原方案提升13.3%；方案2悬置系统Z方向解耦率为88.75%，较原方案提升26.7%，RX方向解耦率为89.52%，较原方案提升16.3%，两种优化方案在其他各方向解耦率较原方案均有不同程度的提升，且均满足优化目标要求。各方向解耦率的提升能有效地缩短整个系统的共振频带，使能量快速衰减，改善隔振性能。

3 试验验证

根据优化方案，分别制作两套悬置软垫样件并实车装车测试，获得两种优化方案状态下怠速及加速工况下发动机悬置主被动端、驾驶室悬置主被动端、驾驶员座椅导轨及方向盘12点振动加速度。限于篇幅，本文仅展示优化前后发动机加速工况下座椅导轨振动及发动机左前悬置Z向隔振率曲线及怠速工况下车内振动值。

由图1可以看出，加速工况下两种优化方案发动机悬置隔振率较原方案均有所提升，方案1提升约1dB(12.2%)，方案2提升约2dB(26%)。由图2可知，方案1加速工况下座椅导轨振动整体呈下降趋势，在1900rpm～2100rpm转速区间振动有所增加。方案2加速工况座椅导轨振动在全转速段均明显降低，振动峰值基本消失，线性度明显提升。

由表8可知，怠速工况下方案1座椅导轨振动较原方案改善39%，方向盘12点振动较原方案改善21.2%；方案2座椅导轨振动较原方案改善61%，方向盘12点振动较原方案改善43.5%。方案2优化效果更优，且优化后车内振动与竞品车相当，达到优化目标。

4 结束语

针对怠速车内振动大且劣于竞品车问题，采用多目标仿真优化方法，同时结合供应商制造能力，获得了两组满足优化目标且工程上可实现的动力总成悬置刚度组合。

通过实车验证，两种优化方案车内振动均明显改善。其中，方案2改善效果最优。优化后怠速车内振动与竞品车相当，振大问题得到有效解决。

本文针对悬置系统频率分布及解耦率均满足优化目标的两组悬置软垫刚度优化方案得出了不一样的隔振性能的研究对以后的悬置系统优化设计提供了参考依据。

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