怠速的案例
汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速控制與EGR控制
怠速工況是車用汽油機(jī)最常用的工況之一，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況運(yùn)轉(zhuǎn)性能的優(yōu)劣也是評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)
機(jī)性能的重要指標(biāo)。汽油機(jī)的怠速性能主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：怠速穩(wěn)定性、怠速排放和怠
速油耗。
一.控制原理
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)行時(shí)，節(jié)氣門處于全關(guān)位置，即進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量不再由節(jié)氣門進(jìn)
行調(diào)節(jié)。怠速控制的實(shí)質(zhì)就是通過(guò)怠速執(zhí)行器調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，同時(shí)配合噴油量及點(diǎn)火提前角
的控制，改變怠速工況燃料消耗所發(fā)出的功率，以穩(wěn)定或改變怠速轉(zhuǎn)速。
二.控制策略
（１）啟動(dòng)控制： 發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，怠速控制系統(tǒng)控制怠速執(zhí)行器使旁通進(jìn)氣量最大，
以利于啟動(dòng)；啟動(dòng)之后，再根據(jù)冷卻水溫度來(lái)確定旁通進(jìn)氣量的大小。
（２）暖機(jī)控制： 暖機(jī)階段， 怠速控制系統(tǒng)根據(jù)冷卻水溫度的變化不斷調(diào)整旁通進(jìn)
氣量的大小，使發(fā)動(dòng)機(jī)在溫度狀態(tài)變化的情況下保持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速。
（３）怠速反饋控制： 當(dāng)暖機(jī)過(guò)程結(jié)束，或者ECU檢測(cè)到節(jié)氣門全關(guān)信號(hào)，且車速低
于2km/h，則怠速控制系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行怠速反饋控制。
（４）電器負(fù)載增多時(shí)的怠速控制： 當(dāng)同時(shí)使用的電器增多時(shí)，怠速控制系統(tǒng)也要相
應(yīng)增加旁通進(jìn)氣量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速。
三.怠速執(zhí)行器
怠速執(zhí)行器的功能就是改變怠速時(shí)的進(jìn)氣量，改變的方式有：改變旁通進(jìn)氣量的方式
和直接操縱節(jié)氣門的方式即節(jié)氣門直動(dòng)式。 按照?qǐng)?zhí)行器驅(qū)動(dòng)方式的不同，旁通進(jìn)氣量調(diào)節(jié)
方式的怠速執(zhí)行器又分為步進(jìn)電機(jī)型、旋轉(zhuǎn)電磁閥型、占空比控制型真空開(kāi)關(guān)閥和開(kāi)關(guān)控
制型真空開(kāi)關(guān)閥。
四.EGR控制
EGR ( Exhaust Gas Recirculation )即廢氣再循環(huán)， 其原理是使一部分廢氣流回進(jìn)
氣側(cè)，用以抑制發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)NOx的生成。
五.EGR控制的類型
EGR可以通過(guò)兩種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)：內(nèi)部EGR和外部EGR。
展開(kāi) 發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不良，最簡(jiǎn)單的處理辦法！
對(duì)此，應(yīng)檢查怠速控制閥線束插頭處有無(wú)脈沖電信號(hào)，若無(wú)電信號(hào)，則說(shuō)明怠速控制閥卡住，應(yīng)拆檢怠速控制閥或更換怠速控制閥。
造成怠速上下波動(dòng)、喘車的故障原因基本與怠速抖動(dòng)不穩(wěn)的故障原因相同，但怠速控制閥故障、真空漏氣、點(diǎn)火正時(shí)不正確和廢氣再循環(huán)閥在怠速時(shí)不能關(guān)閉是發(fā)動(dòng)機(jī)怠速喘車的主要原因。
六、使用空調(diào)或轉(zhuǎn)向時(shí)怠速不穩(wěn)、熄火
(一)故障現(xiàn)象
在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)使用空調(diào)，或汽車轉(zhuǎn)向時(shí)怠速過(guò)低、不穩(wěn)，甚至熄火，關(guān)閉空調(diào)或汽車直行時(shí)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)正常。
(二)故障原因
1.發(fā)動(dòng)機(jī)初始怠速調(diào)整過(guò)低，使怠速自動(dòng)控制無(wú)法正常進(jìn)行。
2.怠速控制閥不工作或工作不良，在使用空調(diào)或汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，由于空調(diào)壓縮機(jī)或動(dòng)力轉(zhuǎn)向液壓泵開(kāi)始工作，增大了發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，導(dǎo)致怠速過(guò)低、運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)或熄火。
3.空調(diào)開(kāi)關(guān)或轉(zhuǎn)向壓力開(kāi)關(guān)及其控制線路故障，使電腦得不到使用空調(diào)器和汽車轉(zhuǎn)向的信號(hào)，沒(méi)有進(jìn)行怠速自動(dòng)控制，導(dǎo)致怠速過(guò)低。
(三)故障診斷與排除
怠速轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、負(fù)荷有關(guān)，冷車時(shí)怠速高，熱車時(shí)怠速低。怠速時(shí)接通空調(diào)開(kāi)關(guān)，進(jìn)行轉(zhuǎn)向(動(dòng)力轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)接通)，變速桿從P位或N位掛入D位，怠速必須提速。如果怠速太低或上述開(kāi)關(guān)接通時(shí)怠速下降，造成怠速不穩(wěn)甚至熄火，則說(shuō)明怠速控制系統(tǒng)有故障。
1.進(jìn)行故障自診斷。有些車型的電腦能檢測(cè)出怠速控制閥的工作狀態(tài)。當(dāng)怠速控制閥工作不正常(如線路短路或斷路)時(shí)，電腦會(huì)顯示出一個(gè)故障碼。也可以通過(guò)電腦解碼器來(lái)檢測(cè)怠速控制閥的工作狀態(tài)，在汽車運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中可通過(guò)電腦檢測(cè)儀的數(shù)據(jù)分析功能檢查怠速控制閥和空調(diào)開(kāi)關(guān)或動(dòng)力轉(zhuǎn)向壓力開(kāi)關(guān)的工作情況。如檢測(cè)儀顯示有電腦指令而怠速控制閥沒(méi)有相應(yīng)的反應(yīng)，則說(shuō)明怠速控制閥或控制線路有故障。
展開(kāi) 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)故障診斷與排除措施研究
但是，在對(duì)于汽車進(jìn)行應(yīng)用的過(guò)程中很可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，這就導(dǎo)致汽車無(wú)法正常應(yīng)用，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)。為此，必須要重視這一問(wèn)題，加大力度分析發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)形成原因，探究其較為常見(jiàn)的故障，并制定適宜的措施開(kāi)展故障診斷與排除工作，使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)處在穩(wěn)定狀態(tài)下，為人們的出行提供便利。
關(guān)鍵詞：
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)；怠速抖動(dòng)；故障診斷；排除措施；研究
0 引言
從當(dāng)前的情況分析發(fā)現(xiàn)，在對(duì)于汽車進(jìn)行維修過(guò)程中，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)這一問(wèn)題維修難度比較高，一旦出現(xiàn)這一問(wèn)題，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)較為明顯的噪音，并且怠速的穩(wěn)定程度會(huì)有所下降。在這一情況下，提升轉(zhuǎn)速，則會(huì)消除這一情況，但是這嚴(yán)重威脅了發(fā)動(dòng)機(jī)的正常應(yīng)用，縮短了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用時(shí)長(zhǎng)。為此，相關(guān)人員必須要對(duì)于這一問(wèn)題予以充分關(guān)注，加大力度研究發(fā)動(dòng)機(jī)檢查、維修工作，降低對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)造成的不利影響，盡可能的避免故障出現(xiàn)。但是，因?yàn)槠嚨膬?nèi)部構(gòu)造復(fù)雜程度比較高，進(jìn)行檢修比較困難，很難發(fā)揮最大化作用。這就需要研究發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)問(wèn)題形成原因，并總結(jié)較為常見(jiàn)故障，降低時(shí)間花費(fèi)，提升工作效率。
1 發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)形成原因
怠速主要是指汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在不存在負(fù)荷的情況下，開(kāi)展的運(yùn)轉(zhuǎn)工作，也可以理解為發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)。通常情況下，可以從汽車的情況將其劃分為以下兩類：第一，汽車處在停駐狀態(tài)下，啟動(dòng)發(fā)送機(jī)。主要是指發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定狀態(tài)下最低轉(zhuǎn)速，通常情況下，如果溫度并不高，車子想要正常行駛，就必須要進(jìn)行熱車，使汽車恢復(fù)正常的溫度，開(kāi)展怠速工作。第二，汽車處在行駛狀態(tài)下形成的怠速。這需要在汽車掛空擋運(yùn)營(yíng)時(shí)，將油門踏板松開(kāi)，使氣門處在最小值狀態(tài)下，在這一情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和停駐汽車時(shí)怠速是相同的[1]。
展開(kāi) 基于動(dòng)力學(xué)的發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)皮帶怠速噪聲仿真分析及試驗(yàn)研究
本文研究的是正時(shí)皮帶的低頻噪聲，只發(fā)生在怠速工況，該噪聲由正時(shí)皮帶的橫向振動(dòng)產(chǎn)生，降噪措施的選擇是從降低正時(shí)皮帶的橫向振動(dòng)方面入手，同時(shí)采用正時(shí)皮帶系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真的方法來(lái)進(jìn)行噪聲優(yōu)化，大大縮短了問(wèn)題的解決周期，節(jié)省了開(kāi)發(fā)成本。
1 某發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)皮帶怠速噪聲特征及產(chǎn)生機(jī)理
1.1 噪聲特征
某3缸增壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)在NVH臺(tái)架試驗(yàn)中，在怠速920 r/min時(shí)產(chǎn)生惱人的“咕咕”噪聲。該噪聲隨發(fā)動(dòng)機(jī)出水溫度及怠速轉(zhuǎn)速的變化而變化：剛起動(dòng)時(shí)，出水溫度低于40 ℃，怠速轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1 000 r/min 時(shí)該噪聲不明顯；隨出水溫度增加，怠速轉(zhuǎn)速逐漸降低，該噪聲越來(lái)越明顯；當(dāng)出水溫度高于90 ℃，怠速轉(zhuǎn)速n穩(wěn)定在920 r/min時(shí)該噪聲最明顯。采集熱怠速920 r/min時(shí)的1 m聲壓級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)該噪聲頻段在240～400 Hz范圍內(nèi)，如圖1所示。
圖1 正時(shí)皮帶前端怠速噪聲特征
1.2 噪聲源鎖定
該發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)系統(tǒng)布置如圖2所示。曲軸帶輪為23齒，對(duì)每?jī)蓚€(gè)輪子之間的皮帶段按逆時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行編號(hào)。曲軸帶輪至惰輪間的皮帶段為第1段，惰輪至進(jìn)氣凸輪帶輪間的皮帶段為第2段，進(jìn)氣凸輪帶輪至排氣凸輪帶輪間的皮帶段為第3段，排氣凸輪帶輪至張緊輪間的皮帶段為第4段，張緊輪至曲軸帶輪間的皮帶段為第5段。
圖2 正時(shí)系統(tǒng)布置圖
試驗(yàn)過(guò)程中，人為采用一個(gè)滾輪分別壓緊每段皮帶的中間部位來(lái)對(duì)比該“咕咕”噪聲的變化，發(fā)現(xiàn)當(dāng)壓緊第2段皮帶后240～290 Hz和350～400 Hz噪聲明顯減小，同時(shí)壓緊第2和3段皮帶后該“咕咕”聲消失，如圖3所示。故可判斷該頻段的“咕咕”噪聲由第2和3段皮帶產(chǎn)生且第3段皮帶噪聲頻率為290～350 Hz。
展開(kāi) 
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)怠速振動(dòng)控制方法研究
怠速激勵(lì)源、傳遞路徑、模態(tài)分布及
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)怠速振動(dòng)水平的四個(gè)方面。本文分別對(duì)這四個(gè)方面進(jìn)行了分析和舉
例說(shuō)明。為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)怠速振動(dòng)設(shè)計(jì)提供了方法。
李利_轉(zhuǎn)向系統(tǒng)怠速振動(dòng)控制方法研究.pdf
福特汽車 | NVH模擬器怠速振動(dòng)評(píng)審與分析
來(lái)看一個(gè)案例——
主角：福特汽車
工具：整車模擬器
目的：怠速振動(dòng)特性評(píng)審分析
案例背景
在這個(gè)項(xiàng)目中，福特汽車選擇了兩款非常接近的樣車：相同的動(dòng)力總成，車身結(jié)構(gòu)略有不同。一輛車輛（車輛A）具有可能不令人滿意的怠速振動(dòng)特性，而另一輛車輛（車輛B）具有平均可接受的怠速振動(dòng)特性。這些車輛使用的發(fā)動(dòng)機(jī)是4缸發(fā)動(dòng)機(jī)。
解決方案
如圖1和圖2，整車NVH模擬器能夠營(yíng)造更接近真實(shí)場(chǎng)景的環(huán)境，幫助用戶理解車輛的噪聲振動(dòng)特性的實(shí)際感受，加快車輛設(shè)計(jì)中的決策過(guò)程。在研究怠速工況的振動(dòng)特性時(shí)，整車NVH模擬器同時(shí)再現(xiàn)車輛的怠速噪聲和振動(dòng)，使評(píng)審更接近車輛的實(shí)際狀態(tài)，提供準(zhǔn)確的評(píng)審。
圖1：整車NVH模擬器車內(nèi)場(chǎng)景
圖2：整車NVH模擬器車外場(chǎng)景
分析過(guò)程
創(chuàng)建兩臺(tái)樣車的NVH模擬器模型后，在真實(shí)車輛環(huán)境下，分別模擬播放兩臺(tái)樣車的怠速噪聲振動(dòng)特性，進(jìn)行“背靠背”對(duì)比，研究?jī)膳_(tái)樣車主觀評(píng)審結(jié)果之間的差異，如圖3。在主觀評(píng)審的同時(shí)，對(duì)噪聲振動(dòng)客觀數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)比兩臺(tái)樣車之間的差異。如圖4，在2階、4階等，存在差異。
圖3：主觀評(píng)審問(wèn)卷1
圖4：噪聲分析對(duì)比
研究結(jié)果
通過(guò)控制各種噪聲振動(dòng)特性參數(shù)，兩臺(tái)樣車主觀評(píng)審結(jié)果之間差異變得非常清晰。而且，研究結(jié)果表明，怠速工況下，噪聲和振動(dòng)對(duì)人的主觀感覺(jué)都有貢獻(xiàn)，需要同時(shí)考慮噪聲振動(dòng)兩種因素。
關(guān)于B&K工程咨詢服務(wù)
實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品目標(biāo)和提高產(chǎn)品性能并不總是容易的。讓試驗(yàn)變得有意義并將結(jié)果轉(zhuǎn)化為行動(dòng)也具有挑戰(zhàn)性。無(wú)論是短期項(xiàng)目還是長(zhǎng)期項(xiàng)目，B&K都擁有經(jīng)驗(yàn)豐富的工程技術(shù)團(tuán)隊(duì)，他們具備專業(yè)應(yīng)用知識(shí)和行業(yè)洞察力。
展開(kāi) 發(fā)動(dòng)機(jī)怠速頻率的算法
f=N*Z/60*m
其中：N為發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的轉(zhuǎn)速（r/min）
Z為發(fā)動(dòng)機(jī)的缸數(shù)
m為發(fā)動(dòng)機(jī)的沖程數(shù)（一般為四沖程，摩托車位兩沖程）。
四個(gè)沖程：進(jìn)氣，壓縮，做功，排氣
兩個(gè)沖程：做功，排氣
正確理解發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的意義
怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩等于內(nèi)部負(fù)載扭矩，而當(dāng)前者小于后者時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)甚至熄火。
車輛能夠穩(wěn)定或者加速行駛，其關(guān)鍵就在于發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力能夠滿足克服外界阻力，使車速保持一定或提高速度的能力。而外界阻力除發(fā)動(dòng)機(jī)本身運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械阻力外，還包括空氣阻力、滾動(dòng)阻力、坡道阻力、加速阻力等。
1．怠速工況及負(fù)荷
發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)，由于沒(méi)有對(duì)外的功率輸出，只需要克服本身機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的阻力即可。這樣怠速時(shí)進(jìn)入汽缸的混合氣，只需要滿足燃燒后輸出的F作用力與機(jī)械阻力f相同，即能保證發(fā)動(dòng)機(jī)以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)（圖1）。
如果此時(shí)增加外界的負(fù)荷，如打開(kāi)空調(diào)、轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤、打開(kāi)大燈，都會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷增大，怠速時(shí)進(jìn)入汽缸的混合氣所做的功（F驅(qū)動(dòng)力）已不足以克服此f阻力。這將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU會(huì)根據(jù)此外界負(fù)荷增加的情況增加進(jìn)氣量，以提高作用在活塞上方的廠驅(qū)動(dòng)力（圖2）。
怠速工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有對(duì)外輸出扭矩。汽缸內(nèi)混合氣燃燒做功產(chǎn)生的扭矩只是用來(lái)維持活塞的吸氣、壓縮、做功、排氣行程，以及水泵和發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
平常提到的怠速實(shí)際上是指發(fā)動(dòng)機(jī)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的最低怠速。習(xí)慣上維修人員常將不踩加速踏板或節(jié)氣門怠速觸點(diǎn)接通的狀態(tài)視為怠速，這偏離了怠速的外部負(fù)載扭矩為零的本質(zhì)屬性。如上面提到的空調(diào)開(kāi)啟、轉(zhuǎn)向助力泵工作或帶擋滑行等。
即使未踩下加速踏板，只要外部負(fù)載扭矩不為零，仍然不能將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速視為怠速。相反，踩下加速踏板，無(wú)論發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有多高，只要外部負(fù)載扭矩為零，仍可將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速視為怠速。但此時(shí)的怠速應(yīng)該稱之為“高怠速”。
在實(shí)際維修作業(yè)中，維修人員常會(huì)采用急加速的方式來(lái)觀察發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩輸出能力。這實(shí)際上是利用曲軸加速所產(chǎn)生的額外負(fù)荷來(lái)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的外部負(fù)載扭矩。
展開(kāi) 整車模態(tài)規(guī)劃在輕卡NVH設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
發(fā)動(dòng)機(jī)怠速頻率是一個(gè)重要的整體激勵(lì)頻率，系統(tǒng)模態(tài)均與其保持頻率分離。在輕卡中，打氣泵頻率也是一重要激勵(lì)，系統(tǒng)模態(tài)（尤其Z向模態(tài)）需與其保持頻率分離。同時(shí)懸架跳動(dòng)頻率以及輪胎不平衡激勵(lì)頻率與車身及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模態(tài)也保持頻率分離。
圖2 輕卡頻率規(guī)劃策略示意圖
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激勵(lì)頻率分析
發(fā)動(dòng)機(jī)和路面是整車主要激勵(lì)源，也是頻率規(guī)劃表的激勵(lì)頻率的主要構(gòu)成。路面的激勵(lì)通過(guò)底盤系統(tǒng)和輪胎傳遞到車架，其頻率通常較低（最高通常為懸架跳動(dòng)，＜16Hz）。路面的激勵(lì)主要影響駕駛室剛體模態(tài)、車架模態(tài)、座椅模態(tài)等。來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的低頻激勵(lì)主要是怠速一階和二階激勵(lì)，打氣泵的激勵(lì)也是重要組成部分。發(fā)動(dòng)機(jī)一階和打氣泵激勵(lì)頻率主要影響發(fā)動(dòng)機(jī)及駕駛室剛體模態(tài)、車架模態(tài)、座椅模態(tài)；而發(fā)動(dòng)機(jī)二階激勵(lì)頻率則影響所有重要系統(tǒng)模態(tài)頻率。
4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒激勵(lì)
發(fā)動(dòng)機(jī)是整車怠速工況下的主要激勵(lì)源，其激勵(lì)頻率和轉(zhuǎn)速相關(guān)。以直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)為例，其最大激勵(lì)為2階激勵(lì)，整車重要系統(tǒng)模態(tài)頻率均要與該頻率避頻。同時(shí)怠速工況下一階頻率較低，需要與座椅等系統(tǒng)模態(tài)頻率分離。
發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的激勵(lì)頻率計(jì)算公式如下：
f=r*p/60 (1)
其中f為頻率，r為發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速，p為特征系數(shù)二階取值2。
發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況的激勵(lì)頻率需考慮空調(diào)開(kāi)和關(guān)狀態(tài)，并考慮轉(zhuǎn)速波動(dòng)。在本項(xiàng)目中怠速空調(diào)關(guān)轉(zhuǎn)速800±30rpm（二階頻率為26.7±1Hz）；怠速空調(diào)開(kāi)轉(zhuǎn)速為850±30rpm（28.3±1Hz）。如下頻率表所示，此項(xiàng)目怠速二階激勵(lì)頻率為25.7-29.3Hz，一階怠速頻率為12.8-14.6Hz。
展開(kāi) 硬桿換擋機(jī)構(gòu)模態(tài)分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)
圖2 邊界條件的施加
3 理論依據(jù)
硬桿換擋機(jī)構(gòu)的模態(tài)要求:結(jié)構(gòu)的固有頻率不在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速頻率[27Hz，33Hz]范圍內(nèi)，即可以滿足使用要求。
發(fā)動(dòng)機(jī)怠速頻率計(jì)算方法見(jiàn)公式1。
公式中：Fd—發(fā)動(dòng)機(jī)怠速頻率;n—發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速;z—發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸數(shù);m—發(fā)動(dòng)機(jī)沖程數(shù)。
4 模態(tài)分析結(jié)果
通過(guò)分析，得到硬桿換擋機(jī)構(gòu)的約束模態(tài)分析情況，見(jiàn)表1及圖3、圖4、圖5所示。可以看出，硬桿換擋結(jié)構(gòu)1階和2階模態(tài)均在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速頻率范圍內(nèi)，發(fā)生共振，因此需對(duì)硬桿換擋機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。
表1 硬桿換擋機(jī)構(gòu)約束模態(tài)頻率與振型表
5 結(jié)構(gòu)改進(jìn)
通過(guò)對(duì)硬桿換擋機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使其頻率避開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速頻率，改進(jìn)后的硬桿換擋機(jī)構(gòu)約束模態(tài)見(jiàn)表2及圖6所示。
設(shè)計(jì)變量?jī)?yōu)化結(jié)果如圖5所示材料密度分布圖。
圖6 轉(zhuǎn)向杠桿設(shè)計(jì)區(qū)域材料最優(yōu)化布局等值面圖
除材料密度0.3以下的材料，可得到如圖6所示的轉(zhuǎn)向杠桿設(shè)計(jì)區(qū)域材料最優(yōu)化布局等值面圖。
6 結(jié)果對(duì)比
轉(zhuǎn)向杠桿輕量化分析結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表2。原模型質(zhì)量為10.1kg，經(jīng)過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化分析，質(zhì)量降為6.5kg，降重35%，強(qiáng)度、模態(tài)均滿足要求。
表2 轉(zhuǎn)向杠桿模態(tài)頻率表
7 結(jié)論
(1)轉(zhuǎn)向杠桿性能要求，應(yīng)力小于材料屈服強(qiáng)度，固有模態(tài)頻率既不在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速頻率的范圍之內(nèi)，也不與車輪在常用車速時(shí)的激振頻率耦合。
(2)通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向杠桿原模型性能分析，其強(qiáng)度與模態(tài)均滿足要求，有較大的優(yōu)化空間，進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化分析。
(3)目標(biāo)函數(shù)為質(zhì)量最小化，設(shè)計(jì)變量為單元密度，以轉(zhuǎn)向杠桿性能要求與拔模制造工藝為約束，進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化分析。質(zhì)量降為6.5kg，降重35%，強(qiáng)度、模態(tài)均滿足要求。
展開(kāi) 基于動(dòng)力總成質(zhì)心位移及轉(zhuǎn)角控制的懸置系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)
本文中，目標(biāo)函數(shù)為怠速激勵(lì)情況下所有懸置動(dòng)反力之和。所研究車型發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速為750r/min,以怠速頻率為25HZ下的動(dòng)反力最小為目標(biāo)。以V型布置前左右懸置夾角為設(shè)計(jì)變量，使其在15°到45°之間變動(dòng)，通過(guò)編制Matlab程序集成ISIGHT進(jìn)行優(yōu)化，使用NSGA-Ⅱ多目標(biāo)遺傳算法自動(dòng)推薦一組最優(yōu)解。
4.優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例
4.1 原車型懸置系統(tǒng)分析
公司某型MPV的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)換裝動(dòng)力總成后出現(xiàn)怠速抖動(dòng)大，噪聲無(wú)法達(dá)到目標(biāo)值的問(wèn)題。對(duì)兩個(gè)動(dòng)力總成的慣性參數(shù)進(jìn)行對(duì)比（見(jiàn)表1），發(fā)現(xiàn)兩者差別較大。由于動(dòng)力總成轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的差異，借用原動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)剛度及安裝角度（表2）進(jìn)行計(jì)算得到各階固有頻率和能量分布百分比如表3所示，此時(shí)動(dòng)反力F=720.7N。
表1 新舊動(dòng)力總成慣性參數(shù)對(duì)比
表2原懸置系統(tǒng)主軸剛度及安裝角度
表3原懸置系統(tǒng)在新動(dòng)力總成慣性參數(shù)下的解耦率及固有頻率
表2為計(jì)算得到的動(dòng)力總成剛體在6個(gè)方向振動(dòng)的固有頻率和能量分布,由表可見(jiàn),動(dòng)力總成系統(tǒng)在垂直方向的解耦率為77.94% ,動(dòng)力總成繞曲軸方向振動(dòng)的頻率為18Hz,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)目標(biāo)。解耦率為26.54% , 該方向的振動(dòng)和繞Z向模態(tài)耦合嚴(yán)重。另外Z向和側(cè)傾，橫擺向和Y向也存在較為嚴(yán)重的耦合情況。對(duì)動(dòng)力總成施加單位路面激勵(lì)（1N）和繞曲軸扭轉(zhuǎn)方向扭矩激勵(lì)（200N.m）,得到動(dòng)力總成在平動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)幅頻特性如圖3所示[7]。從圖3中可知，在路面激勵(lì)的情況下,動(dòng)力總成垂直方向的位移達(dá)到了11.5mm，位移過(guò)大。在轉(zhuǎn)矩激勵(lì)的情況下表現(xiàn)更加惡劣，動(dòng)力總成繞曲軸方向平動(dòng)位移超過(guò)35mm，而角位移幅頻特性峰值也超過(guò)14°。此為導(dǎo)致整車怠速振動(dòng)噪聲不能達(dá)標(biāo)的主要原因。
展開(kāi) 
電動(dòng)汽車機(jī)艙散熱問(wèn)題CFD仿真分析優(yōu)化及試驗(yàn)驗(yàn)證
由于40km/h車速下，冷凝器的回流占比統(tǒng)計(jì)困難，因而通過(guò)用怠速時(shí)格柵進(jìn)風(fēng)占冷凝器的進(jìn)風(fēng)比例間接反映出來(lái)。怠速時(shí)新風(fēng)過(guò)少，說(shuō)明冷凝器高溫回流較多，進(jìn)而說(shuō)明40km/h時(shí)，回流冷凝器的高溫氣體也偏多，影響了冷凝器的制冷能力。
3.2 增加格柵開(kāi)口
此狀態(tài)車速40km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)0.549kg/s，冷凝器進(jìn)風(fēng)0.401kg/s，車速0km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)0.176kg/s，冷凝器進(jìn)風(fēng)0.361kg/s。雖然40km/h時(shí)格柵進(jìn)風(fēng)量比冷凝器進(jìn)風(fēng)量高，但不能說(shuō)明通過(guò)冷凝器的風(fēng)全部來(lái)自格柵，仍有相當(dāng)?shù)幕亓髁俊绍囁傧吕淠鬟M(jìn)風(fēng)相對(duì)于基礎(chǔ)狀態(tài)變化不大，怠速時(shí)格柵進(jìn)風(fēng)變化明顯，增加了約47%。
3.3 理想導(dǎo)流罩
此狀態(tài)車速40km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)0.475kg/s，冷凝器進(jìn)風(fēng)0.427kg/s, 車速0km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)0.282kg/s，冷凝器進(jìn)風(fēng)0.334kg/s。車速40km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)比情形二減小約14%，怠速時(shí)格柵進(jìn)風(fēng)比情形二增加約60%。說(shuō)明能夠流入冷凝器的新風(fēng)得到進(jìn)一步增加。
3.4 新造型前保
此狀態(tài)車速40km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)0.941kg/s，冷凝器進(jìn)風(fēng)0.388kg/s，車速0km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)0.197kg/s，冷凝器進(jìn)風(fēng)0.359kg/s。車速40km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)比基礎(chǔ)狀態(tài)增加約170%，怠速時(shí)格柵進(jìn)風(fēng)比基礎(chǔ)狀態(tài)增加約64%。說(shuō)明能夠流入冷凝器的新風(fēng)明顯增加。
3.5 有上橫板的工程導(dǎo)流罩
此狀態(tài)車速40km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)0.839kg/s，冷凝器進(jìn)風(fēng)0.412kg/s，車速0km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)0.226kg/s，冷凝器進(jìn)風(fēng)0.353kg/s。
展開(kāi) 整車懸置解耦思路和后處理
以傳統(tǒng)的燃油車為思考點(diǎn)，參考一些文章，主要有一下幾點(diǎn)：
動(dòng)力總成剛體模態(tài)頻率需要和發(fā)動(dòng)機(jī)怠速頻率達(dá)到隔振目的，依據(jù)隔振理論，這部分關(guān)系為：動(dòng)力總成剛體頻率/怠速模態(tài)頻率=1/√2；
動(dòng)力總成是剛體模態(tài)中的Lateral模態(tài)容易與Roll模態(tài)耦合，需要相互避開(kāi)；
考慮整車路躁，動(dòng)力總成是剛體模態(tài)中的Bounce模態(tài)應(yīng)該與前懸的上下同步跳動(dòng)HOP模態(tài)避開(kāi)；
動(dòng)力總成是剛體模態(tài)中的Roll模態(tài)必須低于怠速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火脈沖頻率的1/2；
動(dòng)力總成是剛體模態(tài)中的Pitch模態(tài)容易與Roll模態(tài)耦合，這兩個(gè)模態(tài)需要有一定的頻率間隔；
同樣是路躁考慮，動(dòng)力總成是剛體模態(tài)中的Pitch模態(tài)應(yīng)該與前懸上下異步跳動(dòng)的TRAMP模態(tài)避開(kāi)；
動(dòng)力總成是剛體模態(tài)中的Yaw模態(tài)容易與Roll模態(tài)耦合，這兩個(gè)模態(tài)需要有一定的頻率間隔；
以一般常見(jiàn)的4缸發(fā)動(dòng)機(jī)為例，怠速轉(zhuǎn)速一般750轉(zhuǎn)，怠速頻率為25Hz，依據(jù)隔振理論，動(dòng)力總成剛體模態(tài)不應(yīng)該大于17Hz，解耦率一般大于70%，個(gè)別重要模態(tài)解耦率希望達(dá)到90%，這樣匯總?cè)缦卤硭荆?同時(shí)，考慮到車在實(shí)際運(yùn)行中存在急剎碰撞等工況，在前進(jìn)方向有較大加速度，所以，懸置的設(shè)計(jì)還應(yīng)該保證其在X向的懸置剛度足夠大，否則，動(dòng)力總成會(huì)碰撞到其他部件。
概念設(shè)計(jì)階段，就依據(jù)以上一些基本邊界條件進(jìn)行懸置的剛度設(shè)計(jì)。這是時(shí)候做了大量問(wèn)題的簡(jiǎn)化：動(dòng)力總成簡(jiǎn)化成質(zhì)量和慣性的剛體，懸置為XYZ三向剛度的六自由度-懸置系統(tǒng)的解耦問(wèn)題，使用優(yōu)化算法，對(duì)懸置的剛度，坐標(biāo)位置進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到解耦的目的，這一過(guò)程一般采用MATLAB編程優(yōu)化解決。這方面的建模計(jì)算，程序設(shè)計(jì)以及工程應(yīng)用，已經(jīng)有很成熟。
展開(kāi) 某純電動(dòng)車開(kāi)空調(diào)車內(nèi)振動(dòng)噪聲分析與優(yōu)化
考慮到電動(dòng)壓縮機(jī)可通過(guò)控制器進(jìn)行壓縮機(jī)工作轉(zhuǎn)速控制，通過(guò)進(jìn)行NVH測(cè)試和主觀評(píng)價(jià)，綜合考慮空調(diào)性能，增加壓縮機(jī)首次啟動(dòng)前30s工作轉(zhuǎn)速限制為2400r/min的要求，這一限制可控制駕駛員右耳噪聲在38dBA以內(nèi)，方向盤振動(dòng)在0.1m/s2內(nèi)；怠速壓縮機(jī)最高限速也由4000r/min優(yōu)化調(diào)整為3450r/min，優(yōu)化后怠速最高噪聲可控制在約40dBA內(nèi)，振動(dòng)可控制在約0.5m/s2內(nèi)；軟件優(yōu)化后進(jìn)行多種工況綜合主觀評(píng)價(jià)，該優(yōu)化方案可很大程度降低怠速工況壓縮機(jī)工作在較高轉(zhuǎn)速概率；且怠速工況壓縮機(jī)工作在限速范圍內(nèi)任意轉(zhuǎn)速車內(nèi)振動(dòng)噪聲均可接受。
4 結(jié)語(yǔ)
針對(duì)某車型開(kāi)空調(diào)由電動(dòng)壓縮機(jī)引起的車內(nèi)振動(dòng)噪聲問(wèn)題，通過(guò)NVH試驗(yàn)方法結(jié)合相關(guān)仿真分析，確定其原因?yàn)閴嚎s機(jī)一階振動(dòng)激勵(lì)與動(dòng)力總成剛體模態(tài)共振，通過(guò)方向盤模態(tài)及聲腔模態(tài)耦合放大導(dǎo)致。通過(guò)實(shí)施傳遞路徑隔振，并結(jié)合壓縮機(jī)軟件控制策略優(yōu)化，主觀評(píng)價(jià)該問(wèn)題得到有效改善，客觀數(shù)據(jù)顯示開(kāi)空調(diào)車內(nèi)噪聲最大下降8.7dBA，方向盤振動(dòng)總值最大降低3.36m/s2。
作者：秦 望， 龍書(shū)成
廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院
展開(kāi) 汽車轟鳴聲產(chǎn)生機(jī)理研究
在產(chǎn)的某一款MPV車型，怠速時(shí)后排乘員抱怨有轟鳴聲，測(cè)試發(fā)現(xiàn)聲壓峰值分別出現(xiàn)在25Hz和49Hz附近，如圖8中綠線所示。
通過(guò)對(duì)裝飾車(trimmed body)的有限元模型進(jìn)行模態(tài)計(jì)算看出，在23-27Hz的頻段上車頂處有多處局部模態(tài)出現(xiàn)，如圖9所示。建立乘員艙流體網(wǎng)格模型并進(jìn)行模態(tài)計(jì)算，如圖10所示，發(fā)現(xiàn)48Hz處是車的一階縱向聲腔模態(tài)，正好與尾門的整體模態(tài)頻率相一致。由前面對(duì)轟鳴聲的分析可知，這兩處聲壓峰值產(chǎn)生的機(jī)理明顯不同，其解決措施也不同。此款車的發(fā)動(dòng)機(jī)為4缸汽油機(jī)，在怠速時(shí)其轉(zhuǎn)速為720轉(zhuǎn)/分鐘，2階點(diǎn)火頻率為24Hz，4階點(diǎn)火頻率為48Hz，這正好激勵(lì)起頂棚薄鋼板的局部模態(tài)和背門的整體模態(tài)。為了改變激勵(lì)源對(duì)車身的激勵(lì)頻率，將怠速轉(zhuǎn)速?gòu)?20轉(zhuǎn)/分鐘調(diào)為780轉(zhuǎn)/分鐘，其2階和4階點(diǎn)火頻率變?yōu)?6和52Hz，從圖8的紅線可以看出，49Hz峰值消失，很顯然怠速轉(zhuǎn)速的調(diào)整避免了尾門的共振，從而無(wú)法激勵(lì)其一階縱向聲腔模態(tài)。但是，25Hz的峰值移動(dòng)到27Hz，其聲壓大小并沒(méi)有明顯減小，引起的轟鳴聲沒(méi)有消除，這是由于在23-27Hz的頻段上車頂處有多處局部模態(tài)，怠速轉(zhuǎn)速的調(diào)整并沒(méi)有使激勵(lì)頻率跳出車頂?shù)墓舱耦l率范圍。因此，需要采取其他措施降低頂棚的共振，如增加集中質(zhì)量降低局部模態(tài)頻率，增加支撐提高局部模態(tài)頻率，或者增加瀝青阻尼墊降低頂棚的振動(dòng)輻射效率。
5 結(jié)論
通過(guò)RADIOSS進(jìn)行模態(tài)分析和流固耦合分析，使我們對(duì)汽車轟鳴聲產(chǎn)生的機(jī)理有了深入了解。車內(nèi)轟鳴聲并非完全由被激勵(lì)起的聲腔模態(tài)所導(dǎo)致，低于一階縱向聲腔模態(tài)頻率時(shí)，車身鋼板上如果有局部模態(tài)被激起，其輻射噪聲足以產(chǎn)生低頻的轟鳴聲。
展開(kāi) 