王 磊

（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心重卡研究院，安徽 合肥 230601）

引言

伴隨國(guó)民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人們物質(zhì)生活水平也越來(lái)越高，居民消費(fèi)能力也在不斷提升，中國(guó)汽車(chē)工業(yè)近年來(lái)也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。國(guó)內(nèi)汽車(chē)銷(xiāo)量多年穩(wěn)居世界第一，國(guó)產(chǎn)汽車(chē)水平日新月異，總體來(lái)說(shuō)乘用車(chē)國(guó)產(chǎn)車(chē)已具備中低級(jí)轎車(chē)正向開(kāi)發(fā)能力，商用車(chē)處于參考借鑒基礎(chǔ)上優(yōu)化階段。商用車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)雖然有部分技術(shù)應(yīng)用了正向開(kāi)發(fā)技術(shù)，但由于商用車(chē)特別是重型卡車(chē)，其作為主要生產(chǎn)工具，覆蓋地域極廣，應(yīng)用道路復(fù)雜，運(yùn)輸貨物雜亂，駕駛員水平差異大，導(dǎo)致重卡需求技術(shù)含量高，全面正向開(kāi)發(fā)難度大，而且重卡整體投入特別大，投資回報(bào)周期長(zhǎng)，因此全面正向開(kāi)發(fā)重卡既不現(xiàn)實(shí)也沒(méi)有必要。

重型卡車(chē)已誕生數(shù)十年，其作為道路大型中長(zhǎng)途貨物運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ咭约安糠痔胤N運(yùn)輸車(chē)輛改裝平臺(tái)，多年以來(lái)其基本特性并沒(méi)有發(fā)生重大變化。不斷變化的主要是發(fā)動(dòng)機(jī)馬力的不斷提升，發(fā)動(dòng)機(jī)排放水平，整車(chē)造型，大量輕量化技術(shù)，極為豐富的電控機(jī)械化配置所導(dǎo)致的整車(chē)部件布置空間變化，部分激勵(lì)源變化，整車(chē)保養(yǎng)及可靠性的大幅提升等變化?？偠灾?，與重卡所保留的要素相比，其變化的部分仍然是少之又少。

重卡產(chǎn)品開(kāi)發(fā)必須要盡量多在工程應(yīng)用方面應(yīng)用成熟的新技術(shù)，為整體產(chǎn)品拓展做鋪墊。高技術(shù)含量的產(chǎn)品在利潤(rùn)方面有優(yōu)勢(shì)，但往往主銷(xiāo)的產(chǎn)品與其還有一定差別，作為一個(gè)公司的注銷(xiāo)產(chǎn)品與利潤(rùn)主要來(lái)源，其產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比及其重要，因此該產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)方式與技術(shù)密集型高端產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方式存在一定差異。對(duì)于技術(shù)中等變動(dòng)過(guò)產(chǎn)品，需要在平臺(tái)基本型產(chǎn)品基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化正向開(kāi)發(fā)流程做開(kāi)發(fā)；對(duì)于小變型產(chǎn)品可以快速完成mule 車(chē)及產(chǎn)品，通過(guò)試驗(yàn)法來(lái)快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，優(yōu)化產(chǎn)品，進(jìn)而快速推出產(chǎn)品。以此可將產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期縮短數(shù)月時(shí)間，對(duì)于適應(yīng)市場(chǎng)的產(chǎn)品及時(shí)上市將帶來(lái)先發(fā)優(yōu)勢(shì)。

本文主要論述一款4×2 重型載貨車(chē)小變型產(chǎn)品mule 車(chē)存在的方向盤(pán)抖動(dòng)問(wèn)題，車(chē)輛如何進(jìn)行故障診斷及優(yōu)化。主要內(nèi)容如下。

1 車(chē)輛故障信息收集

初步了解試驗(yàn)人員經(jīng)歷及方向盤(pán)抖動(dòng)現(xiàn)象描述。該人員只反饋怠速方向盤(pán)抖動(dòng)明顯，駕駛室是否抖動(dòng)無(wú)法判斷。

2 收集車(chē)輛信息

（1）車(chē)輛主要信息：驅(qū)動(dòng)形式、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、前橋、后橋、懸架型式、駕駛室。

（2）基本型車(chē)輛狀態(tài)及新產(chǎn)品變更

1）了解基本型車(chē)型存在哪些類(lèi)似抖動(dòng)問(wèn)題。經(jīng)確認(rèn)基本型車(chē)型隨機(jī)駕駛員未反饋有方向盤(pán)抖動(dòng)問(wèn)題。

2）新產(chǎn)品在基本型車(chē)型基礎(chǔ)上更換發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速箱、傳動(dòng)軸、駕駛室。其中發(fā)動(dòng)機(jī)由四缸機(jī)換成了六缸機(jī)，變速箱由8 擋箱換成了10 擋箱，發(fā)動(dòng)機(jī)懸置支架調(diào)整滿(mǎn)足物理搭載，駕駛室為內(nèi)外飾換型產(chǎn)品。

潛在原因分析：反饋方向盤(pán)抖動(dòng)可以明確方向盤(pán)抖動(dòng)使該駕駛員不可接受，但駕駛室抖動(dòng)程度無(wú)法定義，即無(wú)法確定是駕駛室、方向盤(pán)均抖動(dòng)劇烈還是只有方向盤(pán)劇烈抖動(dòng)；另外無(wú)法確認(rèn)是該駕駛員敏感還是確實(shí)有嚴(yán)重問(wèn)題。發(fā)動(dòng)機(jī)變動(dòng)較大，激勵(lì)源較大變更，出問(wèn)題可能性大；發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱增大，發(fā)動(dòng)機(jī)懸置軟墊沒(méi)有變化，此原因也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)共振；駕駛室由于內(nèi)外飾換型且缺少慣性參數(shù)，因此駕駛室懸置影響無(wú)法確定。

3 實(shí)車(chē)專(zhuān)業(yè)駕駛員主觀(guān)評(píng)價(jià)

請(qǐng)?jiān){駛員與專(zhuān)業(yè)主觀(guān)評(píng)價(jià)人員同時(shí)試車(chē)，共同確認(rèn)問(wèn)題點(diǎn)。

（1）故障重現(xiàn)

車(chē)輛調(diào)整到問(wèn)題最嚴(yán)重狀態(tài)，經(jīng)專(zhuān)主觀(guān)人員確認(rèn)，確實(shí)方向盤(pán)抖動(dòng)明顯大于駕駛室、儀表臺(tái)抖動(dòng)；駕駛室整體抖動(dòng)可接收。

（2）車(chē)輛啟動(dòng)、熄火工況

車(chē)輛啟動(dòng)、熄火觀(guān)察駕駛室及方向盤(pán)抖動(dòng)情況。啟動(dòng)熄火，方向盤(pán)及駕駛室存在抖動(dòng)峰值，但程度比怠速輕，時(shí)間短。

（3）原地升速工況

原地空擋半油門(mén)、全油門(mén)、輕油門(mén)工況，觀(guān)察駕駛室及方向盤(pán)抖動(dòng)情況。半油門(mén)、全油門(mén)由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升快，駕駛室存在輕微左右搖擺現(xiàn)象，該現(xiàn)象屬于正?，F(xiàn)象；輕踩油門(mén)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由750rpm 上升到850rpm 以上，方向盤(pán)抖動(dòng)明顯降低。

原因分析：由以上三種工況可知，方向盤(pán)抖動(dòng)主要原因是六缸發(fā)動(dòng)機(jī)三階激勵(lì)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)共振所致，其次方向盤(pán)抖動(dòng)程度需NVH 設(shè)備進(jìn)一步驗(yàn)證，具體車(chē)輛轉(zhuǎn)向共振特性量化指標(biāo)，需進(jìn)一步試驗(yàn)。

4 車(chē)輛NVH 試驗(yàn)

4.1 激勵(lì)源計(jì)算

怠速抖動(dòng)激勵(lì)源為發(fā)動(dòng)機(jī)。六缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)主要激勵(lì)源是發(fā)動(dòng)機(jī)上下及側(cè)傾激勵(lì)，其中側(cè)傾激勵(lì)為主，發(fā)動(dòng)機(jī)熱機(jī)怠速為750rpm，激勵(lì)源頻率為熱機(jī)37.5Hz，計(jì)算公式如下：

其中f 為激勵(lì)源頻率，n 為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，N 為發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)。

4.2 車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)隔振率測(cè)試

表1

由以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，發(fā)動(dòng)機(jī)懸置隔振性能略差，建議優(yōu)化。

4.3 車(chē)輛方向盤(pán)、駕駛室及懸置系統(tǒng)測(cè)試

圖1

表2

由以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，方向盤(pán)振動(dòng)RMS 為0.54g，駕駛室懸置隔振性能及駕駛振動(dòng)加速度可接受，非引起方向盤(pán)抖動(dòng)主因。

4.4 試驗(yàn)測(cè)量轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動(dòng)剛度

圖2

由以上圖示可知，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在37.8Hz 固有頻率，該頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)怠速3 階激勵(lì)頻率37.5Hz 接近，引起方向盤(pán)劇烈振動(dòng)。

5 整改方案

5.1 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)

由于缺少發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱慣性參數(shù)，無(wú)法進(jìn)行6 自由度模態(tài)分析，因此進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算懸置系統(tǒng)垂向跳動(dòng)頻率為12.4Hz，具體計(jì)算公式如下：

其中Fz 為動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)垂向跳動(dòng)頻率，m 為動(dòng)力總成重量；K 為四點(diǎn)懸置絕對(duì)坐標(biāo)系垂向動(dòng)剛度之和；

由主觀(guān)評(píng)價(jià)可知?jiǎng)恿偝蓱抑孟到y(tǒng)未產(chǎn)生明顯共振現(xiàn)象，但理論計(jì)算系統(tǒng)垂向固有頻率偏大，需將懸置軟墊動(dòng)剛度降低50%，懸置軟墊動(dòng)靜比由1.7 降低至1.4，確保懸置系統(tǒng)足夠靜剛度及軟墊合理蠕變量。

5.2 發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速

發(fā)動(dòng)機(jī)原型機(jī)開(kāi)發(fā)怠速為750rpm，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，影響發(fā)動(dòng)機(jī)原始排放，變動(dòng)大周期長(zhǎng)，該方案實(shí)施難度大。

5.3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動(dòng)剛度

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在37.8Hz 固有頻率，距離發(fā)動(dòng)機(jī)三階激勵(lì)頻率37.5Hz 間隔0.5Hz，產(chǎn)生共振，抖動(dòng)劇烈，用戶(hù)無(wú)法接受。

圖3

轉(zhuǎn)向通過(guò)增加轉(zhuǎn)向管柱支架連接剛度，提升轉(zhuǎn)向系統(tǒng)固有頻率至41.5Hz，大于激勵(lì)頻率3Hz，具體支架動(dòng)剛度如上。

5.4 整改方案綜合決策

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)無(wú)需開(kāi)模，整改成本低，方案可實(shí)施；

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速調(diào)整成本高周期長(zhǎng)，暫不實(shí)施；

（3）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動(dòng)剛度通過(guò)改進(jìn)轉(zhuǎn)向管柱支架Y 向剛度，提升系統(tǒng)固有頻率，方案可實(shí)施。

5.5 整改驗(yàn)證

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)隔振率優(yōu)化

表3

由上表可知：發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)隔振率明顯優(yōu)化，平均隔振率由59.6%提升至71.0%；該方案發(fā)動(dòng)機(jī)懸置后(車(chē)架端)振動(dòng)降低幅值明顯，處于較好水平。

（2）方向盤(pán)及駕駛室振動(dòng)

圖4

經(jīng)過(guò)驗(yàn)證方向盤(pán)振動(dòng)幅值由0.54 下降至0.06，滿(mǎn)足用戶(hù)使用要求。

6 結(jié)論

（1）本文結(jié)合實(shí)際案例明確了怠速抖動(dòng)的問(wèn)題排查流程及關(guān)鍵工作內(nèi)容。

（2）文中展示了主觀(guān)評(píng)價(jià)方法及流程，通過(guò)專(zhuān)業(yè)人員的主觀(guān)評(píng)價(jià)，主要振動(dòng)問(wèn)題基本可以得到初步確定，至少故障診斷范圍大幅縮小，為NVH 試驗(yàn)硬件設(shè)施要求，試驗(yàn)方案提供指引。

（3）文中列舉了車(chē)輛典型測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)量點(diǎn)振動(dòng)試驗(yàn)，并通過(guò)動(dòng)剛度試驗(yàn)，佐證了NVH 試驗(yàn)中固有頻率的猜測(cè)。

（4）文中提供了多種切實(shí)可行的整改方案，通過(guò)項(xiàng)目運(yùn)行綜合決策，對(duì)最有價(jià)值方案進(jìn)行實(shí)施驗(yàn)證。

通過(guò)以上分析，文中主要提供了重卡方向盤(pán)故障診斷的方法及優(yōu)化方案，其次介紹了基于整車(chē)試驗(yàn)方法及綜合決策的開(kāi)發(fā)流程及方法，大大提升重卡的開(kāi)發(fā)效率。