车辆加速横向抖动前期开发控制
蔡相儒高亚丽李凤（泛亚汽车技术中心有限公司，上海201208）
动的目标；以动力总成、悬置、整车和减振器组建12自由度模型，以此解析加速行驶工况下动力总成刚体横向模；以半生力与座的振动数学模型，建立了车速工况动问题的研究方法。CAE分析及测试结果表明：通过控制半轴的生力或动力总成的横向模以控制车辆的动。
-Abstract]In order to analyee the phenomenon of lateral heave of an urban off-road vehicle du/ng acceleration，the coupling between the excitation frequency of the axle shaft axial Sorce and the transverse mode of the powe/rain is found，which is the root causa of the lateral vibration of the vehicle.In this paper，the target of vehicle shaking is established based on human perception；a12degree of freedom model of powertrain，suspension，vehicle and shock absorber is established to analyze the transverse mode of Powertrain Rigid Body under accelerated d/ving condition；the research method of lateral vibration problem of vehicle under acceleration condition is established by using the vidration mathematical model between axle axial force and seat.CAE analysis and test results show th
at the lateral vibration can be controlled by controlling the axial de/vativv force of the axle shaft or the tons・versa mode of the powertrain.
【关键词】加速横向耸动12自由度刚体模态三阶频率
doi：10.3969/j・issn.1007-4554.2021.01.08
0引言
随着汽车迭代升级,SUV成为了众客户的首选，选大胎的SUV在低速加速行驶时，客受到车（&向）的抖动，而车动是车的指标
上官文通过建立动力总成的6模型计算了动力总成的位移［1］;HILL等建立了12刚体模态模型，求了动力总成状态下的刚体模态［2］;HAYAMA立了等速万向节在整车模型中的仿真模型，对速节引起的整车振动现象研究［3］；LEE开发了等速
节内连接关节测，测量万向节内部的摩
⑷；谢磊研究了半角度对
的影响［5］；林胜、李别对某SUV的动进行了后期分析和改进g］"
本文重点通过对车辆的动问题提取数，以在车辆前期开发过程中，通过控制半生力及整车模态，整车级设计校核，进而在前期预防并控制车辆的动问题。
收稿日期:2020-09-29
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1车辆横向抖动现象描述
车辆在低速加速过程中，发动机通过半轴将
扭矩传递给轮胎，
压发动 在
1 500 r/min
到 扭矩。在半轴旋转过
程中，
生力的激
动力总成的
模 致时，尤在左右半 生的横向派
生力
致时容易产生
动问题,。二
耦合产生的力通过发动
传递到车内座
生抖动，引发客
。
根据
文献/8] ,50%健壮的
到的
振动
0.015 m/s 2 % &
肥
计权振动),
体反应的四分位的最高值可达到0. 02 m/s 2。人
体 到的&向振动.和座 动.l O
的
系
.# .eat >d
(
1
)
从图1中查得在频率为8. 75 Hz 时的肥i
0.231,
体 的座 动阈值和上限为
0.065 - 0. 087 m/s 2，即-23. 7 到 21. 2 dB (取
1m/s 2作 )，取
上限整数-21dB 作
向抖动 的目标值。
*0.10
185
190
10
20
30
€宅二壘敢慝於曙00
0频率/Hz
座椅横向振动随轮速变化情况
Model :8.86：
2
图5
5
2从 车的测试结果图2中出发生 的
轮速区
170 -180 r/min ，半 的1阶激
2.83 -
3.00 Hz ，由于半内节的结构是三
结构，所以半轴的3 激
8. 5 -
9.0 Hz 。车内座椅整车坐标的 动
速有3
阶次关系。理论推测与测试结果一致，
3
。
车的刚体模态分布如表1所示，其横向刚
图3动力总成刚体
模态%8. 86 Hz )
体模态是8. 75 Hz 。半轴轴向派生力以8. 5 -
9.0 Hz 的激励力激起了动力总成的刚体横向模
态，进而导致座 动。
表1自由状态固有频率
模态前后横向纵向翻滚俯仰偏摆
频率/Hz
-8.7511.414.611.615.9
2 CAE 分析
针对后期出现的
动与动力总成的
及半轴激励有关联，在车 发前期建立动力总
成的开发模型对
动 评 析。
2.1 12自由度动力总成悬置模
在整车坐标系下，由动力总成、悬置、车
；
上质量和 组成的是两级12 动模型,
・42・
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4 o 模
了动力总成的6 4
以及簧上质量的6
o
图4 12自由度整车模型示意图
系统是线性定常系统，则该12自由度
的振动
程为
+ C g +：g # 9
% 2)
式中：为质量矩阵;C 为阻尼质量矩阵;：为刚度
矩阵。
将振动位移q 、9分别用拉式变换表示为
% a 2 ? + $C+K )q % s)二 9% s)
% 3 )
对 时不变系统，在 面内将$换成＞,
得到傅
内系统运动方程。系统中 点响
模态响应的
组合［90, !
示为
12
q r %%
)
# & 一&"(%)
%4)
式中:&为第4测点第d 阶模态振型系数。2.2模态频率
本文研究的动力总成质量21二293 kg ，整车
簧上质量22二1 188 kg ，在整车坐标系下的转动惯
2 o 左右液压
动静比取1.9，前后
橡胶 在 20 He 的情况下，动静比取
1.4o 左悬置的三向比分别取0. 8/0.2，右悬置的
三
取0.9 o
表2动力总成转动惯量
转动
C 向C 向C 向
D 向D 向zz 向
惯量/(kg • m 2)/(kg • m 2)/% kg • m 2)/% kg • m 2)/ % kg • m 2)/% kg • m 2)
动力总成
13.69 1.55
2.88
23.69
-1.7122.00
整车
2 080
44.7-412313 33031.7
11796
以 动刚 , 以 3 系统
有 及
目标， 求解得到：置
的动刚 ％
4 )o
表3自由状态固有频率和解耦率
模态前后
横向
纵向
翻滚俯仰偏摆
固有频
率/Hz 目标
8-118-118-1115-188-11-
解值9.58
8.59
11.33
15.58
13.21
14.20
解耦率/%
目标
"60
"60
"85
"60
"90
"60
解值
94.896.593.893.999.395.6
表4悬置动刚度值
悬置
动刚度/% N/mm )
安装角度/。三向比
C 向
D 向z 向欧拉角
C 向/s 向
D 向/s 向
左悬置
315228380083%40%右悬置
315228
3800
83%
40%
前悬置
158
79225
-2070%35%后悬置
12663
180
-15
70%
35%
2.3频响函数
在动力总成受到&向单位力，即9二(0100 00000000) T 时，根据式% 4)得，系统中后悬
%动力总成
系统隔振系统中离座 近
点)及座椅的频响函数
5 o
数据表
明，频响在刚体 模态频率％ 8.7 He )处响
大。
后悬置y 向 座椅丫向
-100 ------------------------------------------------------------5 10 15 20 25 30
频率/Hz
图5半轴对后悬置及座椅&向频响函数
3激励响应及改进方向
3.1 车内响应
半 生的 生力通过差速器传递到动
力总成，当输 激励力的 动力总成的刚体
模 合时，会引起动力总成的共振，进而 影响车内振动。
座椅&向振动为
.ext #
my X%g &,seat ( %)• 9&( %) % 5 )
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・43
•
式中：为动力总成&向力到座椅的传递函数;
9&为半轴的轴向派生力。
从表5可以出， 车的
生力为
35 N 时，座椅振动就已经
。从（5）
，
客 的方法有2种：一是 生
力的大才、；二是调节 刚度，进而
传递的响。
表5座椅振动幅值
节型角度/°
轴向派生力/ N 座椅最大振动幅值/dB （1 m/s 2）
普通型三销节
470-16.48
156-9.5
高级型三销节
435
-22.48
54
比速汽车是哪个公司-18.7
3.2半轴轴向派生力
半轴中间的连接
内节%即车 I
）有 的夹角，所以车辆在
过程中，半
生
的分力被传递到差速器。
6
，
目前半轴内节 较多的是三 节型，半
轴的
生力随着半轴夹角的增大而
T
大。
半轴角度/°
（c ）轴向派生力
普通型三销节高级型三销节
图6某三轴销轴向派生力
3.3 向派生力影 素
从图6可知，高级节型的轴向派生力要远低
于普通节型，而
随着半轴夹角的 ，二
的差 大。在 速行驶时，其半 的夹角
-
车辆静态的半轴角 ，
，
在车辆设计初期定义好半轴角
。
在开发后期，可控前 眉的高度，如减
器的高度。如对内节长为390 mm 的半轴，在减振
器工差为±10 mm 范围内，其角
土 1.45。。对于半轴，可通过
的 系数来
生力，如选高品质油脂，
内节球
笼的表面粗糙
，半的
生力在常用角
区 30 N 左右， 7
。
-------高级型三销节-------高级型三销节-改进
0 5
10 15
半轴角度/°
图7三轴销轴向派生力
3.4横向频响影响因素
对 时不变模型，从（4） ，半
生力对座 的传递响应， 模中各阶模态响应的 组合而成〔90。在以刚体 模态
目标的 过程中，表4中& Z 向（
&
）的动刚 是 数
。以响函数
目标，以前
及左右 的&向动刚
作
，从 8可以出，左右 的&向
对 模态的频响影响比较大。
图8悬置&向比对横向激励频响的影响
，选取左右 & 「为
0.2，前
&
0.3， 激励频响如图
9
，其刚体模 9 Hz 降到7 Hz ，在车辆保持
相同速比时，发动机激励转速由1 800 r/min 降到
1 400 r/min ，速响应明 快；同时横向模态频
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响下降了 8 dB ，即使在相同半轴激励下，即在相同 的 生力下，座
动也明显改善。
-40 「
_______改进后CAE
3010 「亠 20
频率/Hz
图9横向激励频响
4结语
本文对车辆加速过程中的
动现象 、
深
析，建立了整车12 模，分析了动
力总成&向力到座椅的频响函数及其影响因素；
立了半 生力对车内振动的关系式，分
析了影响 生力的
素。
通过分析得出如下结论：
% 1)早期定义半轴的类型，即选定轴向派生力 的大小以及半轴在车
中的角度，对控制整
车 生力
；
%2)在目CAE 分析 ，通过
响函
数对 动进行整车评估，及时 半轴节型
的选型工作；
% 3)在 目后期，通过监控减振器高度控制半
轴的安装角度，进而控
生力。
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