1、變,隨著各次循環(huán)制動(dòng)最高溫度增大,摩擦副摩擦因數(shù)不斷減小且曲線(xiàn)斜率變陡,制動(dòng)管路壓力相應(yīng)逐漸增大。參考文獻(xiàn)1余志生.汽車(chē)?yán)碚?第四版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007. 2王濤,朱文堅(jiān).摩擦制動(dòng)器-原理、結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì).廣州:華南理工大學(xué)出版社,1992.3劉惟信.汽車(chē)制動(dòng)系的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)計(jì)算.北京:清華大學(xué)出版社,2004.4王志剛.制動(dòng)器摩擦熱效應(yīng)分析.潤(rùn)滑與密封,2005(6:164175.5郭應(yīng)時(shí),袁偉,付銳.實(shí)驗(yàn)法求解汽車(chē)鼓式制動(dòng)器對(duì)流換熱系數(shù).長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版,2006,26(4:9294.6陳興旺.鼓式制動(dòng)器制動(dòng)溫度場(chǎng)的研究:學(xué)位論文.西安:長(zhǎng)安大學(xué),2006.7QC/T47

2、91999.貨車(chē)、客車(chē)制動(dòng)器臺(tái)架試驗(yàn)方法.8GB57631998.汽車(chē)用制動(dòng)器襯片.(責(zé)任編輯學(xué)林修改稿收到日期為2008年11月26日。1前言目前,針對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)起停過(guò)程的振動(dòng)與噪聲問(wèn)題在國(guó)內(nèi)尚未檢索到相關(guān)文獻(xiàn)。國(guó)外一些汽車(chē)公司開(kāi)展了相關(guān)研究,取得了一定成果,如,豐田公司針對(duì)豐田汽車(chē)混合動(dòng)力系統(tǒng)分析了ESS振動(dòng)噪聲產(chǎn)生的原因與影響因素,認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中的振動(dòng)主要激勵(lì)來(lái)自于起動(dòng)反作用力和氣缸壓力波動(dòng)及點(diǎn)火后快速上升的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩,并提出了可變進(jìn)氣門(mén)正時(shí)、延遲點(diǎn)火、增加噴油量、活塞初始位置控制等措施14;福特汽車(chē)公司于2006年進(jìn)行了基于整車(chē)試驗(yàn)的ESS振動(dòng)噪聲研究,認(rèn)為如果對(duì)起動(dòng)過(guò)程中氣缸

3、壓力波動(dòng)、起動(dòng)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的急速上升控制不當(dāng)將激發(fā)整車(chē)振動(dòng)和噪聲,并提出了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制、連續(xù)起動(dòng)過(guò)程中活塞位置控制及起動(dòng)階段電機(jī)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)雀倪M(jìn)措施5。混合動(dòng)力汽車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)振動(dòng)與噪聲特性初步研究張立軍葉蔭余卓平(同濟(jì)大學(xué)【摘要】針對(duì)某型混合動(dòng)力汽車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了冷起動(dòng)條件下的振動(dòng)與噪聲試驗(yàn),測(cè)試了發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體振動(dòng)加速度、發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、氣缸缸壓、點(diǎn)火脈沖信號(hào)及轉(zhuǎn)速信號(hào),分析了發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬態(tài)過(guò)程中振動(dòng)與噪聲特性。試驗(yàn)結(jié)果表明,起動(dòng)階段的噪聲與振動(dòng)信號(hào)表現(xiàn)出明顯的非穩(wěn)態(tài)特征,且幅值比怠速時(shí)大;高頻的振動(dòng)與噪聲和低頻的氣缸壓力波動(dòng)關(guān)系不大,可能與拖動(dòng)電機(jī)的高頻轉(zhuǎn)矩波動(dòng)有關(guān)。主題詞:混合動(dòng)

4、力汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)振動(dòng)噪聲中圖分類(lèi)號(hào):U467.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1000-3703(200903-0028-04Experimental Investigation Into Starting Noise and Vibrationof an Engine Used in Hybrid Electric VehicleZhang Lijun,Ye Yin,Yu Zhuoping(Tongji University【Abstract】Noise and vibration test in cold start condition was carried out for engine of

5、 a hybrid electric vehicle, during this test engine block vibration acceleration,engine noise,cylinder pressure,ignition pulse signal and revolution signal were measured,and engine starting noise and vibration characteristics were analyzed in the transient state of engine starting.The test results i

6、ndicate that the engine starting noise and vibration signal reveal distinct non-steady characteristic,and the amplitude is greater than at idle speed;in addition,the high-frequency vibration and noise is not closely related with fluctuation of cylinder pressure at low frequency,possibly correlated w

7、ith fluctuation of high-frequency torque that drives the motor.Key words:Hybrid electric vehicle,Engine,Start,Vibration,Noise28汽車(chē)技術(shù)2009年第3期但這些文獻(xiàn)主要提供了最終結(jié)果,沒(méi)有給出詳細(xì)的分析和論證過(guò)程。本文針對(duì)某型混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了冷起動(dòng)條件下的振動(dòng)與噪聲臺(tái)架試驗(yàn)與分析,旨在了解發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)過(guò)程中的振動(dòng)與噪聲特性,為建立發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)與停機(jī)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模型及尋求合理的改進(jìn)與控制措施提供依據(jù)與原始數(shù)據(jù)。2發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)振動(dòng)噪聲試驗(yàn)方法針對(duì)某型混合動(dòng)力轎車(chē)用4缸

8、汽油機(jī)進(jìn)行冷起動(dòng)振動(dòng)噪聲試驗(yàn)。該發(fā)動(dòng)機(jī)排量為1.5L ,最大功率為69kW (6000r/min ,最大扭矩為128N ·m (3400r/min ,點(diǎn)火順序?yàn)?-3-4-2。試驗(yàn)在同濟(jì)大學(xué)混合動(dòng)力試驗(yàn)室內(nèi)燃機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行,該試驗(yàn)臺(tái)能夠準(zhǔn)確控制水溫。發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在剛性較好的臺(tái)架上,臺(tái)架與地面基礎(chǔ)間采用橡膠墊減振懸置,起動(dòng)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)采用彈性軸機(jī)械連接,臺(tái)架試驗(yàn)原理如圖1所示。圖1臺(tái)架試驗(yàn)原理示意試驗(yàn)過(guò)程中重點(diǎn)測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的振動(dòng)加速度、發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、氣缸壓力、點(diǎn)火脈沖及轉(zhuǎn)速等信號(hào),采用Head 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行在線(xiàn)觀測(cè),采樣頻率為12000Hz 。試驗(yàn)采用的傳感器及測(cè)點(diǎn)布置如下

9、:a.采用3向壓電式加速度計(jì)測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體振動(dòng)加速度,傳感器安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)上表面接近幾何中心位置,z 方向?yàn)樨Q直方向向上,x 方向平行于曲軸方向,y 方向垂直于曲軸方向。b.采用聲級(jí)計(jì)測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲。聲級(jí)計(jì)安置于距發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)0.5m 處,高度與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸1/2處平齊,參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T1653896進(jìn)行測(cè)試。c.氣缸壓力傳感器安裝在1號(hào)缸內(nèi)測(cè)量其缸壓。1號(hào)缸點(diǎn)火時(shí)刻由點(diǎn)火脈沖信號(hào)獲取,其它工作缸的壓力及點(diǎn)火時(shí)刻根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理推算。d.采用曲軸光柵編碼器測(cè)量轉(zhuǎn)速,曲軸轉(zhuǎn)角每轉(zhuǎn)10°觸發(fā)1個(gè)脈沖信號(hào)。測(cè)試工況設(shè)置如下:發(fā)動(dòng)機(jī)在冷機(jī)工況下起動(dòng)并保證1號(hào)缸優(yōu)先點(diǎn)火,進(jìn)行4次試驗(yàn),水箱溫度控制在

10、20左右,發(fā)動(dòng)機(jī)每次起動(dòng)后至穩(wěn)定怠速運(yùn)轉(zhuǎn),持續(xù)怠速約5s 后關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)。3試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析3.1數(shù)據(jù)處理的目的與方法試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理將分別在時(shí)間域和頻率域內(nèi)進(jìn)行。時(shí)間域處理的目的是考察x 、y 、z 3個(gè)方向上的振動(dòng)加速度、噪聲、氣缸壓力、點(diǎn)火時(shí)刻、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等信號(hào)的時(shí)域特征。頻率域處理采取時(shí)頻分析中的specgram 短時(shí)傅利葉變換分析方法,目的是考察振動(dòng)加速度、噪聲、氣缸壓力的頻域特征與相互關(guān)系,對(duì)比分析發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)階段和穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段的振動(dòng)加速度、噪聲等信號(hào)的頻域特征。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下產(chǎn)生的噪聲和振動(dòng)信號(hào),采用時(shí)頻分析可更直觀地體現(xiàn)這些信號(hào)中的瞬態(tài)頻率是如何隨時(shí)間發(fā)生變化的。3.2數(shù)據(jù)

11、的時(shí)間域總體特征分析圖2為發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速S 、1號(hào)氣缸壓力P 、點(diǎn)火時(shí)刻、噪聲聲壓級(jí)Lp 、x 向振動(dòng)加速度Ax 、y 向振動(dòng)加速度Ay 、z 向振動(dòng)加速度Az 的時(shí)間歷程。由圖2可看出:a.從總的時(shí)間歷程來(lái)看,發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)可分為起動(dòng)階段(01.5s 、怠速穩(wěn)定階段(1.56.5s 及停機(jī)階段。在起動(dòng)階段,以發(fā)動(dòng)機(jī)第1次點(diǎn)火時(shí)刻為界限又分為2個(gè)階段:起動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)從停止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)到第1次點(diǎn)火的階段,稱(chēng)為電機(jī)拖動(dòng)階段(00.8s ;第1次點(diǎn)火后發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速上升直至穩(wěn)定運(yùn)行的階段,稱(chēng)為初始點(diǎn)火階段(0.81.5s 。b.電機(jī)拖動(dòng)階段、初始點(diǎn)火階段及怠速穩(wěn)定階段的時(shí)域過(guò)程中,各觀測(cè)信

12、號(hào)的特征對(duì)比如表1所列。由表1可知,與怠速穩(wěn)定階段相比,起動(dòng)階段的噪聲與振動(dòng)加速度信號(hào)表現(xiàn)出明顯的非穩(wěn)態(tài)特征,而且幅值也相對(duì)較大,與試驗(yàn)時(shí)主觀感受相吻合。3.3數(shù)據(jù)的頻率域特征分析圖3為發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)下02s 內(nèi)氣缸綜合缸壓鄱P 、Lp 、Ax 、Ay 、Az 的時(shí)間歷程及各信號(hào)的時(shí)頻譜圖。其中,4個(gè)氣缸的綜合缸壓按如下方法獲得:假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)4個(gè)氣缸的氣缸壓力歷程在曲軸轉(zhuǎn)角上一1.臺(tái)架2.發(fā)動(dòng)機(jī)3.三向加速度傳感器4.氣缸壓力傳感器 5.聲級(jí)計(jì)6.曲軸光柵編碼器7.橡膠懸置2345617xyz29汽車(chē)技術(shù)(a 鄱P(c x 向(b Lp(d y 向致,只是由于工作順序的關(guān)系,3號(hào)缸、4號(hào)缸和2號(hào)缸

13、分別與1號(hào)缸相差180°、360°、540°曲軸轉(zhuǎn)角相位。因此,在曲軸轉(zhuǎn)角坐標(biāo)軸上將1號(hào)氣缸壓力平移相應(yīng)的相位差后,可得到基于曲軸轉(zhuǎn)角的其余3個(gè)氣缸的氣缸壓力歷程,再根據(jù)測(cè)得的轉(zhuǎn)速將轉(zhuǎn)角坐標(biāo)軸和時(shí)間坐標(biāo)軸變換就可得到其余3個(gè)氣缸的氣缸壓力時(shí)間歷程,將4個(gè)氣缸的氣缸壓力相加得到綜合缸壓。根據(jù)圖3分析電機(jī)拖動(dòng)階段、初始點(diǎn)火階段和怠速穩(wěn)定階段的信號(hào)頻率成分,如表2所列。由表2可知,3個(gè)階段中氣缸綜合缸壓、發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲及發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的3向振動(dòng)加速度具有形狀類(lèi)似但范圍不同的頻率分布特征;氣缸綜合缸壓的波動(dòng)頻率與噪聲和振動(dòng)加速度的頻率相差很大,說(shuō)明噪聲和振動(dòng)加速度與氣缸壓力波動(dòng)關(guān)

14、系不大,可能與拖動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)及發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸活塞連桿運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦沖擊有關(guān),這說(shuō)明混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)階段的耦合振動(dòng)與噪聲問(wèn)題需要進(jìn)一步分析與驗(yàn)證;噪聲的頻率分布特征與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的振動(dòng)加速度信號(hào)非常接近,說(shuō)明噪聲主要來(lái)源于機(jī)體的振動(dòng)噪聲輻射。圖2總體時(shí)間歷程表1各信號(hào)不同時(shí)間階段的時(shí)域特征分析階段電機(jī)拖動(dòng)階段初始點(diǎn)火階段怠速穩(wěn)定階段時(shí)間/s 00.80.8-1.5>1.5轉(zhuǎn)速/r ·min -10500,緩慢上升5001200,迅速上升1200左右,基本穩(wěn)定氣缸壓力少許波動(dòng)波動(dòng)劇烈,出現(xiàn)峰值均勻穩(wěn)定變化噪聲幅值/dB 非穩(wěn)態(tài)波動(dòng),聲壓最大值約為74噪聲幅值無(wú)明顯波動(dòng),

15、約為7274噪聲幅值減小,穩(wěn)定在6669x 向振動(dòng)加速度/m ·s -2非穩(wěn)態(tài)波動(dòng),峰值加速度最大約為0.5振動(dòng)幅值逐漸增大,頻率升高,波動(dòng)范圍為0.40.7幅值基本穩(wěn)定y 向振動(dòng)加速度/m ·s -2非穩(wěn)態(tài)波動(dòng),峰值加速度最大約為0.25振動(dòng)幅值逐漸增大,頻率升高,波動(dòng)范圍為0.30.6幅值基本穩(wěn)定z 向振動(dòng)加速度/m ·s -2非穩(wěn)態(tài)波動(dòng),峰值加速度最大約0.75振動(dòng)幅值逐漸增大,頻率升高,波動(dòng)范圍為0.51.0幅值基本穩(wěn)定150010005000S /r ·m i n -143210-1P /M P a10-2點(diǎn)火時(shí)刻0.80.20-0.210-1

16、1.50-1.510-1A x /m ·s -2A y /m ·s -2A z /m ·s -2012345678t /sL p /P a鄱P /M P a 420100500頻率/H z0.20.40.60.81.0 1.21.41.61.82.0t /sL p /p a0.20-0.260003000頻率/H z0.20.40.60.81.0 1.21.41.61.82.0t /sA x /m ·s -210-160003000頻率/H z0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0t /s60003000頻率/H zA y /m &

17、#183;s -210-10.20.40.60.81.0 1.21.41.61.82.0t /s302009年第3期表2各信號(hào)不同時(shí)間階段的頻域特征分析階段電機(jī)拖動(dòng)階段初始點(diǎn)火階段怠速穩(wěn)定階段時(shí)間/s 00.80.8-1.5>1.5氣缸綜合缸壓低頻波動(dòng),集中在20Hz 以?xún)?nèi)頻率提高到4060Hz ,幅值明顯增大基本穩(wěn)定在2030Hz 范圍噪聲瞬態(tài)沖擊噪聲,集中于3000Hz 以下,信號(hào)主要頻率范圍約為1500Hz 前段(0.81s 噪聲接近平穩(wěn),幅值下降;后段(11.5s 幅值增大,表現(xiàn)為6000Hz 以?xún)?nèi)的寬帶分布,但以3000Hz 以下的低頻信號(hào)為主幅值明顯下降,表現(xiàn)為6000Hz以

18、內(nèi)的寬帶分布,但以1000Hz 以下的低頻信號(hào)為主x 向振動(dòng)加速度瞬態(tài)沖擊振動(dòng),集中于1500Hz 以下,但在高頻段只有集中在2900Hz 和5800Hz 的諧次周期信號(hào)前段(0.81s 振動(dòng)接近低頻平穩(wěn)信號(hào),幅值明顯下降;后段(11.5s 幅值增大,信號(hào)集中在1000Hz 以下、25004000Hz 及50006000Hz 頻段幅值基本與初始點(diǎn)火階段后段相同,信號(hào)集中在1000Hz 以下、25004000Hz 及50006000Hz 頻段y 向振動(dòng)加速度瞬態(tài)沖擊振動(dòng),頻率成分集中在1000Hz 以下頻段前段(0.81s 振動(dòng)接近低頻平穩(wěn)信號(hào),幅值明顯下降,頻率在1000Hz 以下;后段(11

19、.5s 幅值增大,信號(hào)集中在1000Hz 以下、25004000Hz 及50006000Hz 頻段幅值基本與初始點(diǎn)火階段后段相同,信號(hào)集中在1000Hz 以下、25004000Hz 及50006000Hz頻段z 向振動(dòng)加速度瞬態(tài)沖擊振動(dòng),頻率成分離散分布在3000Hz 以下,信號(hào)頻率離散度大前段(0.81s 振動(dòng)接近平穩(wěn),頻率在25003000Hz ;后段(11.5s 幅值增大,信號(hào)集中在25004000Hz 頻段幅值基本與初臺(tái)點(diǎn)火階段后段相同,信號(hào)集中在25004000Hz頻段600030000頻率/H zA z /m ·s -210-100.20.40.60.81.01.21.4

20、1.61.82.0t /s(e z 向圖3綜合缸壓、噪聲與3向加速度信號(hào)時(shí)頻分析4結(jié)束語(yǔ)通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)方法初步分析了混合動(dòng)力汽車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)振動(dòng)與噪聲特性,臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果表明,發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中的振動(dòng)噪聲現(xiàn)象與穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的振動(dòng)噪聲現(xiàn)象具有非常明顯的區(qū)別;氣缸壓力的波動(dòng)頻率與噪聲和振動(dòng)加速度的頻率相差很大,說(shuō)明噪聲和振動(dòng)加速度與氣缸壓力波動(dòng)關(guān)系不大,可能與拖動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)及發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸活塞連桿機(jī)構(gòu)的摩擦沖擊有關(guān),需要深入研究混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)階段的耦合振動(dòng)與噪聲問(wèn)題。發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)特性臺(tái)架試驗(yàn)與整車(chē)試驗(yàn)存在一定的差別,進(jìn)一步工作可結(jié)合整車(chē)試驗(yàn)進(jìn)行深入研究,尋求合理的控制改進(jìn)措施。參考文獻(xiàn)1Takayoshi Y,Hiroshi S.Noise and Vibration Reduction Techn -ology in Hybrid Vehicle