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摘要：某乘用车在怠速开、关空调工况下，方向盘振动加速度较大，影响乘坐舒适性。本文首先对该车型方向盘振动峰值的可能贡献通道进行VTF分析，包括动力总成悬置系统、排气系统、散热器悬置系统、悬架系统等等。然后对动力总成前、后悬置和散热器总成悬置进行优化设计后，使得车内方向盘振动幅值降低，乘坐舒适性得到改善。
关键词：VTF 悬置 振动 优化设计
1 引言
1.1车辆NVH性能简介
NVH（Noise、Vibration、Harshness）是车辆噪声、振动与乘坐舒适性（声振粗糙度）的英文缩写。这是衡量汽车制造质量的一个综合性问题，它给汽车用户的感受是最直接和最表面的。车辆的NVH问题是国际汽车业各大整车制造企业和零部件企业关注的问题之一。影响整车NVH性能的主要来源是发动机、传动系、车身、轮胎与路面。其中，怠速和加减速工况下车内噪声振动水平在一定程度上决定了用户对整车NVH性能的评价。
1.2 VTF概述
振动传递函数VTF（Vibration Transfer Function）主要是指输入激励载荷与输出振动之间的对应函数关系，用于评价车身结构对振动的灵敏度特性。传统的VTF分析主要通过在动力总成、底盘、排气系统等与车身接附点施加单位力激励，测试或计算得到车内振动响应。
VTF振动传递路径分析是用来评估激励源到振动加速度传递路径大小的工具，它基于一系列输入点到输出位置的声振传递函数矩阵，该传递函数即VTF可以表示为：
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其中，a表示特定位置的振动加速度。.png)
表示从激励源到目标位置振动加速度的传递函数。F表示施加在输入位置的激励力。从公式可以看出，车内目标位置振动响应大小不仅跟激励大小有关，而且跟声振传递函数有关，所以当激励力大小改变困难时，就要求对声振传递函数即VTF进行研究，从结构上找出解决问题的方法。
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图2 VTF原理图
2 实例分析
2.1试验介绍
2.1.1整车振动水平
某车型怠速开、关空调工况下方向盘振动加速度较大，乘坐舒适性较差。通过VTF试验确认对方向盘振动影响较大的因素分别为前、后悬置安装点；散热器总成悬置安装点。最后调整相关悬置的动静刚度、动力总成的整车姿态、散热器悬置刚度，很好的解决了该车型方向盘振动问题。
表1 方向盘振动加速度RMS值.png)
2.2试验结果
2.2.1散热器总成悬置安装点VTF试验传递函数
（1）水箱上悬置安装点——方向盘、地板的VTF传函幅值均大于0.04g/N。
（2）水箱上悬置安装点——方向盘的VTF传函幅值均大于0.08g/N。
（3）水箱上悬置安装点——地板的VTF传函幅值均大于0.15g/N
3.2.2动力总成悬置安装点VTF试验传递函数
（1）动力总成前悬置安装点——方向盘的VTF传函幅值均大于0.04g/N。
（2）动力总成后悬置安装点——方向盘的VTF传函幅值均大于0.03g/N。
2.3试验结果分析
（1）方向盘振动受动力总成前后悬置和散热器总成悬置安装点振动影响较大。
（2）从VTF数据可以看出，影响车内方向盘怠速振动的主要有前后悬置安装点和散热器悬置安装点，且前悬置安装点比后悬置安装点贡献大。
根据试验数据分析确立以下整改方案：
①调整后悬置受力状态，改变发动机姿态，使前悬置安装点怠速状态不受力。减小振动从前悬置传递到车身上就可以有效控制车内方向盘的振动幅值。
②降低动力总成前、后悬置的刚度，以减小动力总成振动传递到车身的幅值。
③降低散热器总成悬置橡胶的硬度。
3 整改方案确认
3.1动力总成悬置
后悬置优化方案主要包括两个方面：1 调整悬置中心线的位置，促使整车状态下后悬置处于受力状态。2 降低后悬置的刚度，提高减振性能（其中悬置主向刚度由原来的60N/mm降低到40N/mm）。
同理，前悬置优化方案主要也包括两个方面：1 调整悬置内部结构，促使整车状态下前悬置处于不受力受力状态。2 降低前悬置的刚度，提高减振性能（其中悬置主向刚度由原来的98N/mm降低到24N/mm）。
3.1.3更换动力总成前、后悬置的试验结果
表2 方向盘振动加速度RMS值.png)
如表2所示，经过对动力总成前后悬置的优化，方向盘在怠速开关空调工况下振动有一定程度的降低。但是发动机二阶激励依然比较明显。下面将在动力总成悬置优化的基础上对散热器总成悬置进行优化。
3.2散热器总成悬置
3.2.1散热器总成悬置整改方案
表3 散热器悬置硬度优化.png)
由于散热器总成下悬置主要起支撑整个散热器重量的作用，所以如果继续下调下悬置的硬度会对整车可靠性产生不利影响。且通过VTF试验数据可以看出，散热器总成上悬置安装点对方向盘振动的贡献量（0.16g/N）为下悬置安装点(0.04g/N)的4倍。故散热器总成优化
方案只对上悬置的硬度进行调整，具体优化方案见表3。
3.2.2更换动力总成前、后悬置+散热器总成悬置后试验结果
表4 方向盘振动加速度RMS值.png)
如表4所示，经过动力总成悬置和散热器悬置优化后，方向盘怠速开关空调工况下的振动幅值明显降低，且主观感觉振动较小。
结论
利用输入激励载荷与输出振动加速度之间的对应函数关系，来评价车身结构对振动的灵敏度特性，可以快速并准确的找到对车辆NVH性能影响较大的因素。本文针对影响方向盘振动较大的因素如动力总成悬置安装点和散热器总成悬置安装点的振动传递函数进行分析，并确定从振动传递路径方面对振动进行衰减。最后通过相关悬置刚度的调整，很好的解决了该车型怠速车内关键部件的振动问题，使该车型的乘坐舒适性得以提高。
参考文献
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[5]李惠彬、上官云飞《如何将汽车制造成精品:汽车噪音与振动控制》 机械工业出版社 2009.06.
论文作者:司金龙
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/12
标签：总成论文; 方向盘论文; 散热器论文; 动力论文; 刚度论文; 加速度论文; 函数论文; 《电力设备》2018年第22期论文;