微車低頻轟鳴問題中傳動(dòng)系扭振診斷方法的探索與實(shí)踐一、引言1.1研究背景與意義在汽車工業(yè)蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，消費(fèi)者對(duì)汽車的要求早已不止步于基本的出行功能，而是愈發(fā)關(guān)注其綜合性能，尤其是駕乘體驗(yàn)的舒適性。汽車的噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness，簡稱NVH）性能，作為影響駕乘舒適性的關(guān)鍵因素，受到了前所未有的重視。在各類NVH問題中，低頻轟鳴噪聲因其獨(dú)特的特性，成為了汽車行業(yè)亟待攻克的難題。低頻轟鳴噪聲通常表現(xiàn)為一種頻率較低（一般在200Hz以下）、聲壓級(jí)較高且具有明顯壓耳感的噪聲。這種噪聲會(huì)使駕乘人員產(chǎn)生焦躁不安、頭昏惡心等不適癥狀，嚴(yán)重影響行車安全和駕乘體驗(yàn)。長時(shí)間處于低頻轟鳴噪聲環(huán)境中，還會(huì)對(duì)人體健康造成潛在威脅，如導(dǎo)致聽力損傷、引發(fā)心血管疾病等。以某些存在低頻共振問題的車型為例，車主反饋在行駛過程中能明顯聽到“嗡嗡聲”“隆隆聲”，車內(nèi)壓力脈動(dòng)明顯，耳膜不適，甚至出現(xiàn)耳鳴現(xiàn)象，這些問題不僅降低了用戶對(duì)車輛的滿意度，還對(duì)汽車品牌形象和市場競爭力產(chǎn)生了負(fù)面影響。在微車領(lǐng)域，傳動(dòng)系扭振是引發(fā)低頻轟鳴問題的重要原因之一。微車的傳動(dòng)系由發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器、傳動(dòng)軸、主減速器、差速器、半軸等多個(gè)部件組成，是一個(gè)復(fù)雜的多自由度振動(dòng)系統(tǒng)。由于微車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和成本限制，其傳動(dòng)系在設(shè)計(jì)和制造過程中可能存在一些先天不足，如部件的剛度和阻尼較低、動(dòng)力傳遞路徑較長等，這些因素使得微車的傳動(dòng)系在工作過程中更容易受到發(fā)動(dòng)機(jī)不平衡扭振激勵(lì)的影響，從而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)共振。當(dāng)扭轉(zhuǎn)共振發(fā)生時(shí)，傳動(dòng)系的振動(dòng)會(huì)通過車身結(jié)構(gòu)傳遞到車內(nèi)，激發(fā)車內(nèi)空氣的共振，進(jìn)而產(chǎn)生低頻轟鳴噪聲。對(duì)于前置后驅(qū)型（FR）微車而言，其傳動(dòng)系部件較多，動(dòng)力傳遞路徑更為復(fù)雜，在低頻段（0-200Hz）往往具有豐富的固有模態(tài)。在發(fā)動(dòng)機(jī)不平衡扭振激勵(lì)的作用下，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)共振的可能性大大增加，不平衡振動(dòng)量也會(huì)隨之?dāng)U大，這使得FR型微車更容易出現(xiàn)由傳動(dòng)系扭振引致的低頻轟鳴問題。在市場定位相對(duì)低廉的國產(chǎn)微車中，這一現(xiàn)象尤為突出，不僅影響了車輛的舒適性和品質(zhì)感，也限制了微車市場的進(jìn)一步拓展。因此，深入研究傳動(dòng)系扭振引致微車低頻轟鳴問題的診斷方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。準(zhǔn)確診斷出問題的根源，能夠?yàn)楹罄m(xù)的優(yōu)化和改進(jìn)提供有力的依據(jù)，從而有效降低車內(nèi)低頻轟鳴噪聲，提升微車的NVH性能和駕乘舒適性，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場競爭力。此外，研究傳動(dòng)系扭振診斷方法還有助于推動(dòng)汽車NVH技術(shù)的發(fā)展，為解決其他類似的汽車振動(dòng)噪聲問題提供借鑒和參考，促進(jìn)整個(gè)汽車行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在汽車NVH性能研究領(lǐng)域，傳動(dòng)系扭振與低頻轟鳴問題一直是國內(nèi)外學(xué)者和汽車工程師關(guān)注的焦點(diǎn)。國內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究取得了豐碩的成果，為解決微車傳動(dòng)系扭振引致的低頻轟鳴問題提供了重要的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，但仍存在一些不足與空白。國外對(duì)汽車傳動(dòng)系扭振的研究起步較早，技術(shù)相對(duì)成熟。早在20世紀(jì)中葉，歐美等發(fā)達(dá)國家的汽車企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)就開始對(duì)汽車傳動(dòng)系的振動(dòng)和噪聲問題進(jìn)行研究。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)試技術(shù)的不斷發(fā)展，國外在傳動(dòng)系扭振的理論分析、數(shù)值模擬和試驗(yàn)測(cè)試等方面取得了顯著進(jìn)展。在理論分析方面，國外學(xué)者建立了多種傳動(dòng)系扭振的數(shù)學(xué)模型，如集中質(zhì)量模型、分布質(zhì)量模型、多體動(dòng)力學(xué)模型等，用于研究傳動(dòng)系的扭振特性和振動(dòng)傳遞規(guī)律。其中，多體動(dòng)力學(xué)模型能夠考慮傳動(dòng)系中各個(gè)部件的彈性變形和非線性因素，更加準(zhǔn)確地描述傳動(dòng)系的動(dòng)態(tài)特性，被廣泛應(yīng)用于傳動(dòng)系扭振的研究中。例如，德國的某研究團(tuán)隊(duì)通過建立多體動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)汽車傳動(dòng)系在不同工況下的扭振響應(yīng)進(jìn)行了深入分析，揭示了傳動(dòng)系扭振與發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)、路面不平度等因素之間的關(guān)系。在數(shù)值模擬方面，國外利用先進(jìn)的CAE軟件，如ADAMS、ANSYS、ABAQUS等，對(duì)傳動(dòng)系扭振進(jìn)行仿真分析。通過仿真，可以預(yù)測(cè)傳動(dòng)系的扭振響應(yīng)，評(píng)估不同設(shè)計(jì)方案對(duì)扭振的影響，為傳動(dòng)系的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。例如，美國的某汽車公司在開發(fā)一款新型汽車時(shí)，利用ADAMS軟件對(duì)傳動(dòng)系進(jìn)行了多體動(dòng)力學(xué)仿真，通過優(yōu)化傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)參數(shù)和部件剛度，有效地降低了傳動(dòng)系的扭振幅值，提高了車輛的NVH性能。在試驗(yàn)測(cè)試方面，國外擁有先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備和完善的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)鲃?dòng)系扭振進(jìn)行精確的測(cè)量和分析。例如，丹麥B&K公司生產(chǎn)的振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，具有高精度、高可靠性等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車傳動(dòng)系扭振的測(cè)試中。此外，國外還制定了一系列的汽車NVH測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，如ISO、SAE等標(biāo)準(zhǔn)，為傳動(dòng)系扭振的測(cè)試和評(píng)價(jià)提供了統(tǒng)一的規(guī)范。國內(nèi)對(duì)汽車傳動(dòng)系扭振的研究相對(duì)較晚，但近年來發(fā)展迅速。隨著國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)汽車NVH性能的要求也越來越高，國內(nèi)的高校、科研機(jī)構(gòu)和汽車企業(yè)加大了對(duì)傳動(dòng)系扭振的研究投入，取得了一系列的研究成果。在理論研究方面，國內(nèi)學(xué)者在借鑒國外先進(jìn)理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)汽車的實(shí)際情況，對(duì)傳動(dòng)系扭振的理論進(jìn)行了深入研究。例如，吉林大學(xué)的某研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)國內(nèi)某款微車，建立了考慮發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器、傳動(dòng)軸、主減速器等部件的傳動(dòng)系扭振當(dāng)量模型，通過理論分析和數(shù)值計(jì)算，研究了傳動(dòng)系扭振的固有特性和受迫振動(dòng)響應(yīng)，為解決該微車的低頻轟鳴問題提供了理論依據(jù)。在數(shù)值模擬方面，國內(nèi)的汽車企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用CAE軟件進(jìn)行傳動(dòng)系扭振的仿真分析。同時(shí)，國內(nèi)還自主開發(fā)了一些具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CAE軟件，如華中科技大學(xué)開發(fā)的“華鑄CAE”軟件，在汽車傳動(dòng)系扭振仿真分析中也得到了一定的應(yīng)用。例如，重慶大學(xué)的某研究團(tuán)隊(duì)利用自主開發(fā)的CAE軟件，對(duì)某電動(dòng)汽車的傳動(dòng)系扭振進(jìn)行了仿真分析，通過優(yōu)化傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，有效地降低了車內(nèi)的低頻轟鳴聲。在試驗(yàn)測(cè)試方面，國內(nèi)的測(cè)試設(shè)備和技術(shù)水平不斷提高，能夠滿足傳動(dòng)系扭振測(cè)試的需求。同時(shí)，國內(nèi)也制定了一些汽車NVH測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T18697-2002《聲學(xué)汽車車內(nèi)噪聲測(cè)量方法》等，為傳動(dòng)系扭振的測(cè)試和評(píng)價(jià)提供了標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。例如，長安汽車公司建立了完善的NVH試驗(yàn)測(cè)試體系，通過對(duì)多款車型的傳動(dòng)系扭振進(jìn)行測(cè)試和分析，積累了豐富的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，為解決傳動(dòng)系扭振問題提供了有力的支持。盡管國內(nèi)外在汽車傳動(dòng)系扭振與低頻轟鳴問題的研究上取得了諸多成果，但在微車領(lǐng)域，仍存在一些不足之處。一方面，針對(duì)微車傳動(dòng)系扭振引致低頻轟鳴問題的專門研究相對(duì)較少，現(xiàn)有的研究成果大多是針對(duì)中高端車型，微車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和成本限制使得這些成果難以直接應(yīng)用于微車。另一方面，在傳動(dòng)系扭振的診斷方法上，雖然已經(jīng)有多種方法被提出，但每種方法都有其局限性，目前還缺乏一種全面、準(zhǔn)確、高效的診斷方法，能夠快速準(zhǔn)確地確定微車低頻轟鳴問題的根源。此外，在微車傳動(dòng)系扭振的控制方面，雖然已經(jīng)提出了一些控制措施，但這些措施的有效性和可行性還需要進(jìn)一步驗(yàn)證和優(yōu)化。綜上所述，當(dāng)前對(duì)于微車傳動(dòng)系扭振引致低頻轟鳴問題的研究仍存在一定的空白和挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步深入研究，以尋求更加有效的診斷方法和控制措施，提升微車的NVH性能。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本文聚焦傳動(dòng)系扭振引致微車低頻轟鳴問題，展開多維度研究，旨在構(gòu)建全面、準(zhǔn)確、高效的診斷方法體系，具體內(nèi)容如下：傳動(dòng)系扭振診斷方法研究：深入剖析傳動(dòng)系扭振的產(chǎn)生機(jī)理，全面梳理其影響因素。通過理論分析，推導(dǎo)傳動(dòng)系扭振的數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用當(dāng)量分析方法，將復(fù)雜的傳動(dòng)系簡化為便于分析的當(dāng)量模型，明確各部件在扭振中的作用和相互關(guān)系。結(jié)合多體動(dòng)力學(xué)分析方法，考慮部件間的彈性變形和非線性因素，更真實(shí)地模擬傳動(dòng)系的動(dòng)態(tài)特性。同時(shí)，運(yùn)用有限元分析方法，對(duì)傳動(dòng)系的關(guān)鍵部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，獲取其應(yīng)力、應(yīng)變分布，評(píng)估部件在扭振作用下的可靠性。在此基礎(chǔ)上，提出基于多方法融合的傳動(dòng)系扭振診斷方法，綜合利用各種方法的優(yōu)勢(shì)，提高診斷的準(zhǔn)確性和可靠性。微車低頻轟鳴測(cè)試技術(shù)研究：設(shè)計(jì)并搭建高精度的微車低頻轟鳴測(cè)試平臺(tái)，綜合運(yùn)用多種先進(jìn)測(cè)試設(shè)備，如丹麥B&K公司的振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)、Siemens噪聲振動(dòng)采集系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)微車傳動(dòng)系扭振、車身振動(dòng)以及車內(nèi)噪聲的全方位精確測(cè)量。研究適用于微車的低頻噪聲測(cè)試方法，針對(duì)微車結(jié)構(gòu)緊湊、噪聲源復(fù)雜等特點(diǎn)，優(yōu)化測(cè)試方案，確保測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性。同時(shí)，運(yùn)用現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)，如階次分析、傳遞路徑分析等，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘和分析，提取能夠反映微車低頻轟鳴問題的關(guān)鍵特征參數(shù)，為后續(xù)的診斷和分析提供有力支持。案例分析與驗(yàn)證：選取市場上具有代表性的微車車型作為研究對(duì)象，詳細(xì)調(diào)研其傳動(dòng)系布置結(jié)構(gòu)和整車特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際工況，開展全面的傳動(dòng)系扭振及整車噪聲與振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用前文提出的診斷方法進(jìn)行深入分析，準(zhǔn)確找出導(dǎo)致微車低頻轟鳴問題的根源，并提出針對(duì)性的改進(jìn)措施。通過實(shí)車驗(yàn)證改進(jìn)措施的有效性，對(duì)比改進(jìn)前后微車的NVH性能指標(biāo)，如車內(nèi)噪聲聲壓級(jí)、振動(dòng)加速度等，評(píng)估改進(jìn)效果，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為其他微車車型的低頻轟鳴問題解決提供參考和借鑒。1.3.2研究方法為實(shí)現(xiàn)研究目標(biāo)，本文將綜合運(yùn)用多種研究方法，相互補(bǔ)充、相互驗(yàn)證，確保研究結(jié)果的科學(xué)性和可靠性：試驗(yàn)研究法：搭建完善的試驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)微車傳動(dòng)系扭振和整車噪聲振動(dòng)進(jìn)行全面測(cè)試。在整車NVH轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)室中，模擬多種實(shí)際工況，如不同擋位、不同油門開度、不同路面條件等，采集傳動(dòng)系關(guān)鍵部位的扭振數(shù)據(jù)、車身振動(dòng)數(shù)據(jù)以及車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)。通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析，直觀了解微車在實(shí)際運(yùn)行中的振動(dòng)噪聲特性，為理論分析和仿真研究提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支持，同時(shí)也可用于驗(yàn)證理論和仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。仿真分析法：借助先進(jìn)的CAE軟件，如ADAMS、ANSYS、ABAQUS等，建立傳動(dòng)系扭振、懸架抗振、車身結(jié)構(gòu)振動(dòng)、車內(nèi)聲學(xué)響應(yīng)的沿扭振能量傳遞路徑的完整仿真分析模型。在ADAMS中進(jìn)行多體動(dòng)力學(xué)仿真，模擬傳動(dòng)系各部件的運(yùn)動(dòng)和相互作用；在ANSYS中進(jìn)行有限元分析，對(duì)傳動(dòng)系部件和車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和模態(tài)分析；在ABAQUS中考慮材料非線性和幾何非線性，更精確地模擬結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。通過仿真分析，預(yù)測(cè)微車在不同工況下的NVH性能，研究各參數(shù)對(duì)傳動(dòng)系扭振和低頻轟鳴的影響規(guī)律，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。理論分析法：基于機(jī)械振動(dòng)理論、聲學(xué)理論、多體動(dòng)力學(xué)理論等，對(duì)傳動(dòng)系扭振引致微車低頻轟鳴問題進(jìn)行深入的理論分析。建立傳動(dòng)系扭振的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)其運(yùn)動(dòng)方程，求解固有頻率和振型，分析扭振的傳遞和衰減規(guī)律。運(yùn)用聲學(xué)理論，研究車內(nèi)噪聲的產(chǎn)生和傳播機(jī)理，分析車身結(jié)構(gòu)振動(dòng)與車內(nèi)聲學(xué)響應(yīng)的耦合關(guān)系。通過理論分析，揭示問題的本質(zhì)和內(nèi)在規(guī)律，為試驗(yàn)研究和仿真分析提供理論指導(dǎo)。二、微車傳動(dòng)系扭振與低頻轟鳴理論基礎(chǔ)2.1微車傳動(dòng)系結(jié)構(gòu)與工作原理微車傳動(dòng)系作為車輛動(dòng)力傳輸?shù)年P(guān)鍵系統(tǒng)，承擔(dān)著將發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力高效、穩(wěn)定地傳遞至驅(qū)動(dòng)車輪的重要使命，其結(jié)構(gòu)和工作原理直接關(guān)乎車輛的動(dòng)力性能和行駛穩(wěn)定性。微車傳動(dòng)系主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器、傳動(dòng)軸、主減速器、差速器以及半軸等部件組成，各部件協(xié)同工作，形成了一個(gè)復(fù)雜而有序的動(dòng)力傳遞鏈條。發(fā)動(dòng)機(jī)作為整個(gè)傳動(dòng)系的動(dòng)力源，通過燃料在氣缸內(nèi)的燃燒，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的扭矩輸出。以常見的四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為例，其工作循環(huán)包括進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣四個(gè)沖程。在進(jìn)氣沖程中，活塞下行，進(jìn)氣門打開，空氣與燃油的混合氣被吸入氣缸；壓縮沖程時(shí)，活塞上行，進(jìn)氣門和排氣門關(guān)閉，混合氣被壓縮，壓力和溫度升高；做功沖程是發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力的關(guān)鍵階段，火花塞點(diǎn)火，混合氣燃燒爆炸，推動(dòng)活塞下行，通過連桿帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，輸出扭矩；排氣沖程中，活塞上行，排氣門打開，燃燒后的廢氣被排出氣缸。如此循環(huán)往復(fù)，發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)輸出動(dòng)力，為車輛的行駛提供了原始的驅(qū)動(dòng)力。離合器位于發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間，其主要功能是實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器的暫時(shí)分離和逐漸接合，從而切斷或傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)向變速器輸入的動(dòng)力。當(dāng)駕駛員踩下離合器踏板時(shí)，離合器的壓盤與從動(dòng)盤分離，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力無法傳遞至變速器，此時(shí)車輛可以實(shí)現(xiàn)換擋、起步等操作；當(dāng)駕駛員松開離合器踏板時(shí)，壓盤在彈簧的作用下壓緊從動(dòng)盤，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過從動(dòng)盤傳遞至變速器。離合器的工作原理基于摩擦傳動(dòng)，其摩擦片的材質(zhì)和表面狀態(tài)對(duì)動(dòng)力傳遞的效率和穩(wěn)定性有著重要影響。在車輛起步過程中，離合器的逐漸接合可以使發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩平穩(wěn)地傳遞至變速器，避免車輛因突然接上動(dòng)力而產(chǎn)生前沖或熄火現(xiàn)象，保證了車輛起步的平穩(wěn)性。同時(shí)，在換擋過程中，離合器的分離可以使變速器中的齒輪在無負(fù)載的情況下進(jìn)行嚙合或分離，減少了齒輪的磨損和沖擊，延長了變速器的使用壽命。變速器是傳動(dòng)系中的重要部件，其主要作用是通過改變傳動(dòng)比，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩的調(diào)整，以適應(yīng)車輛在不同行駛條件下的需求。變速器通常分為手動(dòng)變速器（MT）和自動(dòng)變速器（AT）兩種類型。手動(dòng)變速器通過駕駛員手動(dòng)操作換擋桿，實(shí)現(xiàn)不同擋位的切換，其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，傳動(dòng)效率高，但對(duì)駕駛員的操作技能要求較高。自動(dòng)變速器則可以根據(jù)車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等信號(hào)自動(dòng)調(diào)整擋位，操作更加簡便，駕駛舒適性更高，但傳動(dòng)效率相對(duì)較低。以手動(dòng)變速器為例，其內(nèi)部主要由齒輪機(jī)構(gòu)、換擋機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)等組成。通過不同齒輪的嚙合組合，變速器可以實(shí)現(xiàn)不同的傳動(dòng)比。在低速行駛時(shí)，選擇較大的傳動(dòng)比，使發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩得到放大，以滿足車輛起步和爬坡的需求；在高速行駛時(shí)，選擇較小的傳動(dòng)比，使發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，減少燃油消耗，提高車輛的經(jīng)濟(jì)性。傳動(dòng)軸是連接變速器和主減速器的部件，其作用是將變速器輸出的動(dòng)力傳遞至主減速器。由于車輛在行駛過程中，變速器與主減速器之間的相對(duì)位置會(huì)發(fā)生變化，因此傳動(dòng)軸通常采用萬向節(jié)連接，以保證在不同的角度和位置下都能可靠地傳遞動(dòng)力。萬向節(jié)可以分為普通萬向節(jié)和等速萬向節(jié)兩種類型。普通萬向節(jié)在傳遞動(dòng)力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不等速的現(xiàn)象，即主動(dòng)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)；等速萬向節(jié)則可以保證在不同的角度下，主動(dòng)軸和從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速始終相等，提高了動(dòng)力傳遞的平穩(wěn)性。傳動(dòng)軸通常采用空心結(jié)構(gòu)，以減輕自身重量，同時(shí)提高其扭轉(zhuǎn)剛度和抗彎強(qiáng)度。在一些高性能微車中，傳動(dòng)軸還會(huì)采用碳纖維等輕質(zhì)材料制造，進(jìn)一步降低重量，提高動(dòng)力傳遞效率。主減速器位于傳動(dòng)系的末端，其主要功能是將傳動(dòng)軸傳來的動(dòng)力進(jìn)一步減速增扭，并改變動(dòng)力的傳遞方向，使其適應(yīng)車輛的行駛需求。主減速器通常由一對(duì)圓錐齒輪組成，其中主動(dòng)圓錐齒輪與傳動(dòng)軸相連，從動(dòng)圓錐齒輪與差速器殼相連。通過圓錐齒輪的嚙合，主減速器可以實(shí)現(xiàn)較大的減速比，將發(fā)動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)速、低扭矩轉(zhuǎn)化為適合車輛行駛的低轉(zhuǎn)速、高扭矩。在一些四驅(qū)微車中，主減速器還會(huì)配備中央差速器，用于分配前后軸的扭矩，提高車輛在復(fù)雜路況下的通過性。差速器的作用是在車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，使左右車輪能夠以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，保證車輛行駛的平穩(wěn)性和操控性。差速器主要由行星齒輪、半軸齒輪和差速器殼等部件組成。當(dāng)車輛直線行駛時(shí)，左右車輪的轉(zhuǎn)速相同，差速器殼帶動(dòng)行星齒輪和半軸齒輪一起旋轉(zhuǎn)，行星齒輪不發(fā)生自轉(zhuǎn)；當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，內(nèi)側(cè)車輪的行駛距離小于外側(cè)車輪的行駛距離，為了保證車輪與地面之間的純滾動(dòng)，差速器會(huì)使行星齒輪發(fā)生自轉(zhuǎn)，從而使內(nèi)側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速降低，外側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速升高。差速器的工作原理基于行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，其可以根據(jù)車輛的行駛狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整左右車輪的轉(zhuǎn)速，確保車輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)的穩(wěn)定性和靈活性。半軸是連接差速器和驅(qū)動(dòng)車輪的部件，其作用是將差速器分配給左右車輪的動(dòng)力傳遞至車輪，使車輪產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。半軸通常為實(shí)心軸，具有較高的強(qiáng)度和剛度，以承受車輛行駛過程中產(chǎn)生的各種力和扭矩。在一些采用獨(dú)立懸架的微車中，半軸還需要具備一定的伸縮性，以適應(yīng)車輪在上下跳動(dòng)時(shí)與差速器之間的相對(duì)位置變化。微車傳動(dòng)系的動(dòng)力傳遞過程是一個(gè)連續(xù)而復(fù)雜的過程。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的扭矩通過離合器傳遞至變速器，變速器根據(jù)車輛的行駛工況選擇合適的擋位，將扭矩進(jìn)行調(diào)整后通過傳動(dòng)軸傳遞至主減速器。主減速器進(jìn)一步減速增扭，并改變動(dòng)力的傳遞方向，將動(dòng)力傳遞至差速器。差速器根據(jù)車輛的行駛狀態(tài)，將動(dòng)力分配給左右半軸，半軸再將動(dòng)力傳遞至驅(qū)動(dòng)車輪，使車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。在整個(gè)動(dòng)力傳遞過程中，各個(gè)部件之間的配合精度、連接方式以及潤滑條件等都會(huì)影響動(dòng)力傳遞的效率和可靠性。例如，離合器的摩擦片磨損、變速器齒輪的嚙合不良、傳動(dòng)軸的萬向節(jié)松動(dòng)等問題，都可能導(dǎo)致動(dòng)力傳遞不暢，出現(xiàn)抖動(dòng)、異響等故障，影響車輛的正常行駛。2.2傳動(dòng)系扭振產(chǎn)生機(jī)理2.2.1發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車傳動(dòng)系的動(dòng)力源，其輸出的扭矩并非恒定不變，而是存在一定的波動(dòng)。這種扭矩波動(dòng)是引發(fā)傳動(dòng)系扭振的重要激勵(lì)源之一，其產(chǎn)生的原因主要包括以下幾個(gè)方面：燃燒過程的不均勻性：在發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)中，燃燒過程的不均勻性是導(dǎo)致扭矩波動(dòng)的關(guān)鍵因素。以四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)為例，在做功沖程中，燃料與空氣的混合氣在氣缸內(nèi)燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣體，推動(dòng)活塞下行，從而輸出扭矩。然而，由于混合氣的混合比例、點(diǎn)火時(shí)機(jī)、燃燒速度等因素的影響，各氣缸的燃燒過程并非完全一致。例如，混合氣混合不均勻可能導(dǎo)致某些氣缸燃燒不充分，產(chǎn)生的爆發(fā)力較弱；點(diǎn)火時(shí)機(jī)不當(dāng)則可能使燃燒提前或滯后，影響氣缸內(nèi)壓力的變化規(guī)律。這些差異會(huì)導(dǎo)致各氣缸輸出的扭矩存在波動(dòng)，進(jìn)而使發(fā)動(dòng)機(jī)的總輸出扭矩產(chǎn)生波動(dòng)。據(jù)相關(guān)研究表明，在一些傳統(tǒng)的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中，各氣缸之間的扭矩波動(dòng)幅值可達(dá)平均扭矩的10%-20%。發(fā)動(dòng)機(jī)的不平衡力和力矩：發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于曲軸、連桿、活塞等運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量分布不均勻以及運(yùn)動(dòng)方式的特殊性，會(huì)產(chǎn)生不平衡力和力矩。這些不平衡力和力矩會(huì)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化，從而引起發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，并通過曲軸傳遞至傳動(dòng)系，引發(fā)傳動(dòng)系的扭振。例如，曲軸的偏心質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生離心力，該離心力的大小與曲軸轉(zhuǎn)速的平方成正比，方向隨著曲軸的旋轉(zhuǎn)而不斷變化。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，離心力會(huì)顯著增大，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系產(chǎn)生較大的沖擊。此外，連桿和活塞在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中，也會(huì)產(chǎn)生慣性力和慣性力矩，這些力和力矩同樣會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，加劇傳動(dòng)系的扭振。在一些高性能發(fā)動(dòng)機(jī)中，為了減小不平衡力和力矩的影響，通常會(huì)采用平衡軸等裝置來進(jìn)行平衡補(bǔ)償，但即使如此，仍難以完全消除這些不平衡因素對(duì)傳動(dòng)系扭振的影響。進(jìn)氣和排氣過程的影響：發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣和排氣過程也會(huì)對(duì)扭矩波動(dòng)產(chǎn)生一定的影響。在進(jìn)氣過程中，由于進(jìn)氣門的開啟和關(guān)閉以及進(jìn)氣管道的阻力等因素，進(jìn)入氣缸的空氣量會(huì)發(fā)生波動(dòng)，從而影響混合氣的混合比例和燃燒效果，進(jìn)而導(dǎo)致扭矩波動(dòng)。在排氣過程中，排氣門的開啟和關(guān)閉以及排氣背壓的變化會(huì)影響氣缸內(nèi)廢氣的排出速度和壓力，同樣會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，引發(fā)扭矩波動(dòng)。例如，當(dāng)進(jìn)氣管道出現(xiàn)堵塞或進(jìn)氣門密封不嚴(yán)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣量不足，混合氣燃燒不充分，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩下降且波動(dòng)增大；當(dāng)排氣系統(tǒng)存在故障，如排氣管堵塞或消聲器損壞時(shí)，排氣背壓會(huì)升高，影響廢氣的正常排出，使發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率降低，扭矩波動(dòng)加劇。這些發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)因素所產(chǎn)生的扭矩波動(dòng)，通過曲軸傳遞至離合器、變速器等傳動(dòng)部件，使傳動(dòng)系各部件受到時(shí)變的扭矩作用。由于傳動(dòng)系各部件具有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和扭轉(zhuǎn)剛度，在這種時(shí)變扭矩的激勵(lì)下，會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。當(dāng)扭矩波動(dòng)的頻率與傳動(dòng)系的固有頻率接近或相等時(shí)，就會(huì)引發(fā)共振現(xiàn)象，使扭振的幅值急劇增大，對(duì)傳動(dòng)系的零部件造成嚴(yán)重的損壞，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲和振動(dòng)，影響汽車的NVH性能。2.2.2傳動(dòng)部件特性傳動(dòng)部件作為傳動(dòng)系的重要組成部分，其特性對(duì)傳動(dòng)系扭振的產(chǎn)生和發(fā)展有著至關(guān)重要的影響。這些特性主要包括轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、扭轉(zhuǎn)剛度以及阻尼等，它們相互作用，共同決定了傳動(dòng)系的扭振特性。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是指物體繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)慣性的度量，它反映了物體抵抗轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)改變的能力。在傳動(dòng)系中，各個(gè)部件如發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、離合器從動(dòng)盤、變速器齒輪、傳動(dòng)軸、主減速器齒輪等都具有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小會(huì)影響傳動(dòng)系的振動(dòng)響應(yīng)，較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量會(huì)使系統(tǒng)的振動(dòng)頻率降低，而較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量則會(huì)使振動(dòng)頻率升高。例如，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的扭矩發(fā)生波動(dòng)時(shí)，具有較大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的部件能夠在一定程度上緩沖這種波動(dòng)，使扭矩的變化更加平緩，從而減小扭振的幅值；反之，較小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的部件則對(duì)扭矩波動(dòng)更為敏感，容易產(chǎn)生較大的扭振響應(yīng)。以某款微車的傳動(dòng)系為例，通過改變傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增加10%時(shí)，在特定工況下，傳動(dòng)系扭振的幅值降低了約15%，這表明轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)傳動(dòng)系扭振有著顯著的影響。此外，傳動(dòng)系中各部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的分布也會(huì)影響扭振的特性。如果轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分布不合理，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)局部振動(dòng)加劇的情況，從而影響整個(gè)傳動(dòng)系的穩(wěn)定性。扭轉(zhuǎn)剛度是指傳動(dòng)部件抵抗扭轉(zhuǎn)變形的能力，它取決于部件的材料、結(jié)構(gòu)形狀和尺寸等因素。傳動(dòng)系中各部件之間通過具有一定扭轉(zhuǎn)剛度的軸、鍵、花鍵等連接件相互連接，形成了一個(gè)復(fù)雜的扭轉(zhuǎn)彈性系統(tǒng)。當(dāng)傳動(dòng)系受到扭矩激勵(lì)時(shí)，各部件會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，扭轉(zhuǎn)剛度的大小決定了部件扭轉(zhuǎn)變形的程度。較高的扭轉(zhuǎn)剛度可以使部件在受到扭矩作用時(shí)變形較小，從而減少扭振的傳遞；而較低的扭轉(zhuǎn)剛度則會(huì)使部件容易發(fā)生較大的扭轉(zhuǎn)變形，導(dǎo)致扭振的放大和傳播。例如，在變速器中，齒輪軸的扭轉(zhuǎn)剛度對(duì)齒輪的嚙合狀態(tài)有著重要影響。如果齒輪軸的扭轉(zhuǎn)剛度不足，在傳遞扭矩時(shí)會(huì)發(fā)生較大的扭轉(zhuǎn)變形，導(dǎo)致齒輪之間的嚙合間隙發(fā)生變化，產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)傳動(dòng)系的扭振。研究表明，對(duì)于一些扭振問題較為突出的微車，通過優(yōu)化傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高其扭轉(zhuǎn)剛度20%，可以有效降低傳動(dòng)系在某些工況下的扭振幅值約20%-30%，顯著改善了傳動(dòng)系的振動(dòng)性能。阻尼是指阻礙物體振動(dòng)的力，它能夠消耗振動(dòng)能量，使振動(dòng)逐漸衰減。在傳動(dòng)系中，阻尼主要來源于部件之間的摩擦、潤滑油的粘性以及結(jié)構(gòu)材料的內(nèi)阻尼等。適當(dāng)?shù)淖枘峥梢杂行У匾种婆ふ竦姆?，提高傳?dòng)系的穩(wěn)定性。例如，在離合器中，通過在從動(dòng)盤上設(shè)置阻尼彈簧和阻尼片，可以在一定程度上吸收發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩波動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)能量，減少扭振的傳遞。在變速器中，齒輪之間的潤滑油也起到了一定的阻尼作用，能夠減小齒輪嚙合時(shí)的沖擊和振動(dòng)。然而，如果阻尼過大，也會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)效率降低，增加能量損耗。因此，在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系時(shí)，需要合理選擇阻尼參數(shù)，以達(dá)到既有效抑制扭振，又保證傳動(dòng)效率的目的。通過對(duì)某微車傳動(dòng)系的阻尼特性進(jìn)行優(yōu)化，在關(guān)鍵部位增加適當(dāng)?shù)淖枘岵牧?，使得傳?dòng)系在受到?jīng)_擊激勵(lì)時(shí)，扭振的衰減時(shí)間縮短了約30%，有效提高了傳動(dòng)系的抗振性能。傳動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、扭轉(zhuǎn)剛度和阻尼等特性相互關(guān)聯(lián)，共同影響著傳動(dòng)系扭振的產(chǎn)生和發(fā)展。在設(shè)計(jì)和優(yōu)化傳動(dòng)系時(shí)，需要綜合考慮這些因素，合理選擇和匹配傳動(dòng)部件的參數(shù)，以降低傳動(dòng)系扭振的幅值，提高汽車的NVH性能和可靠性。2.2.3行駛工況影響汽車在實(shí)際行駛過程中，會(huì)遇到各種不同的行駛工況，如加速、減速、勻速行駛、爬坡、轉(zhuǎn)彎等。這些行駛工況的變化會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)系所承受的載荷和扭矩發(fā)生改變，從而對(duì)傳動(dòng)系扭振產(chǎn)生顯著的影響。在加速工況下，駕駛員通常會(huì)踩下油門踏板，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速升高，輸出扭矩增大。此時(shí)，傳動(dòng)系需要傳遞更大的動(dòng)力，各部件所承受的扭矩也隨之增加。由于發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的快速變化以及傳動(dòng)部件的慣性作用，傳動(dòng)系容易產(chǎn)生較大的扭振。例如，在急加速過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩的突然增大可能會(huì)使離合器從動(dòng)盤與飛輪之間產(chǎn)生瞬間的打滑現(xiàn)象，導(dǎo)致扭矩傳遞不穩(wěn)定，引發(fā)強(qiáng)烈的扭振。此外，加速過程中換擋操作也會(huì)對(duì)傳動(dòng)系扭振產(chǎn)生影響。如果換擋時(shí)機(jī)不當(dāng)或換擋過程不平穩(wěn)，會(huì)使變速器齒輪在嚙合瞬間受到較大的沖擊，進(jìn)一步加劇傳動(dòng)系的扭振。相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在某款微車的全油門加速過程中，傳動(dòng)系扭振的幅值會(huì)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高而逐漸增大，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，扭振幅值達(dá)到峰值，此時(shí)車內(nèi)會(huì)明顯感受到強(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲。減速工況下，駕駛員通常會(huì)松開油門踏板并踩下制動(dòng)踏板，使車輛速度逐漸降低。在這個(gè)過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速或低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，輸出扭矩較小。然而，由于車輛的慣性作用，傳動(dòng)系仍會(huì)受到一定的反向扭矩。如果制動(dòng)過程不均勻或制動(dòng)強(qiáng)度過大，會(huì)使車輪的轉(zhuǎn)速急劇下降，從而導(dǎo)致傳動(dòng)系產(chǎn)生較大的扭振。例如，在緊急制動(dòng)時(shí)，車輪突然停止轉(zhuǎn)動(dòng)，而傳動(dòng)系中的部件由于慣性仍在高速旋轉(zhuǎn)，這會(huì)在傳動(dòng)系中產(chǎn)生很大的慣性扭矩，引發(fā)強(qiáng)烈的扭振。這種扭振不僅會(huì)對(duì)傳動(dòng)系的零部件造成損傷，還可能影響車輛的制動(dòng)穩(wěn)定性和操控性。研究發(fā)現(xiàn)，在微車的制動(dòng)減速過程中，當(dāng)制動(dòng)減速度達(dá)到一定值時(shí)，傳動(dòng)系扭振的幅值會(huì)迅速增大，對(duì)車輛的行駛安全性產(chǎn)生潛在威脅。勻速行駛工況下，傳動(dòng)系所承受的載荷相對(duì)較為穩(wěn)定，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩也保持在一個(gè)相對(duì)恒定的水平。然而，即使在這種工況下，傳動(dòng)系仍然可能存在扭振現(xiàn)象。這主要是由于路面不平度、輪胎不平衡等因素的影響。路面不平度會(huì)使車輛產(chǎn)生振動(dòng)，這些振動(dòng)通過輪胎傳遞至傳動(dòng)系，引發(fā)傳動(dòng)系的扭振。輪胎不平衡則會(huì)導(dǎo)致輪胎在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生周期性的不平衡力，這種不平衡力會(huì)通過車輪傳遞至傳動(dòng)系，使傳動(dòng)系產(chǎn)生扭振。例如，當(dāng)車輛行駛在粗糙路面上時(shí)，路面的凸起和凹陷會(huì)使車輪上下跳動(dòng)，從而對(duì)傳動(dòng)系產(chǎn)生沖擊，引發(fā)扭振。此外，長時(shí)間使用的輪胎可能會(huì)出現(xiàn)磨損不均勻的情況，導(dǎo)致輪胎不平衡，進(jìn)而增加傳動(dòng)系扭振的風(fēng)險(xiǎn)。相關(guān)研究表明，在勻速行駛工況下，路面不平度和輪胎不平衡引起的傳動(dòng)系扭振幅值雖然相對(duì)較小，但長期積累下來，也會(huì)對(duì)傳動(dòng)系的零部件造成疲勞損傷，影響其使用壽命。不同行駛工況對(duì)傳動(dòng)系扭振有著顯著的影響。在汽車設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中，需要充分考慮各種行駛工況下傳動(dòng)系的受力情況和扭振特性，通過優(yōu)化傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，提高其抗扭振能力，以確保車輛在各種行駛工況下都能保持良好的NVH性能和行駛穩(wěn)定性。2.3低頻轟鳴產(chǎn)生機(jī)制車內(nèi)低頻轟鳴的產(chǎn)生是一個(gè)復(fù)雜的過程，涉及到多個(gè)因素的相互作用，其中車內(nèi)空氣聲腔模態(tài)與車身壁板振動(dòng)的耦合是導(dǎo)致低頻轟鳴的關(guān)鍵因素之一。車內(nèi)空間可視為一個(gè)封閉的聲腔，當(dāng)受到外界激勵(lì)時(shí)，車內(nèi)空氣會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，形成一系列的聲腔模態(tài)。這些聲腔模態(tài)具有特定的頻率和振型，是車內(nèi)聲學(xué)特性的重要體現(xiàn)。聲腔模態(tài)的頻率主要取決于車內(nèi)空間的幾何形狀、尺寸以及空氣的物理性質(zhì)等因素。例如，對(duì)于一個(gè)長方體形狀的車內(nèi)空間，其聲腔模態(tài)頻率可以通過聲學(xué)理論中的Helmholtz方程進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)該方程，聲腔模態(tài)頻率與車內(nèi)空間的體積、聲速以及聲腔的特征尺寸（如長度、寬度、高度等）有關(guān)。當(dāng)車內(nèi)空間的尺寸發(fā)生變化時(shí)，聲腔模態(tài)頻率也會(huì)相應(yīng)改變。在實(shí)際的汽車設(shè)計(jì)中，車內(nèi)空間的形狀往往較為復(fù)雜，為了準(zhǔn)確計(jì)算聲腔模態(tài)頻率，通常采用數(shù)值計(jì)算方法，如有限元法或邊界元法。通過建立車內(nèi)聲腔的有限元模型，將車內(nèi)空間離散為多個(gè)小單元，然后對(duì)每個(gè)單元進(jìn)行聲學(xué)分析，從而得到車內(nèi)聲腔的模態(tài)頻率和振型分布。研究表明，車內(nèi)聲腔模態(tài)頻率一般分布在較寬的頻率范圍內(nèi)，其中在低頻段（200Hz以下）存在一些較為明顯的模態(tài)，這些模態(tài)與車內(nèi)低頻轟鳴問題密切相關(guān)。車身壁板作為車內(nèi)空間的邊界，在外界激勵(lì)的作用下會(huì)發(fā)生振動(dòng)。車身壁板的振動(dòng)特性取決于其結(jié)構(gòu)形式、材料特性以及邊界條件等因素。車身壁板通常由薄鋼板沖壓焊接而成，其厚度一般在0.7-1.0mm之間，具有一定的彈性。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)或路面的激勵(lì)傳遞到車身壁板時(shí)，壁板會(huì)產(chǎn)生彎曲振動(dòng)，這種振動(dòng)會(huì)向車內(nèi)輻射噪聲。車身壁板的振動(dòng)響應(yīng)可以通過結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)理論進(jìn)行分析。根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的基本原理，車身壁板在受到外力作用時(shí)，其振動(dòng)方程可以表示為質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣與位移向量及其導(dǎo)數(shù)的乘積等于外力向量。通過求解該振動(dòng)方程，可以得到車身壁板在不同激勵(lì)下的振動(dòng)位移、速度和加速度等響應(yīng)參數(shù)。在實(shí)際分析中，考慮到車身壁板的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和非線性因素，通常采用有限元分析方法進(jìn)行求解。通過建立車身壁板的有限元模型，考慮材料的非線性特性、幾何非線性以及接觸非線性等因素，能夠更準(zhǔn)確地模擬車身壁板的振動(dòng)響應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，車身壁板在低頻段的振動(dòng)響應(yīng)較大，尤其是在某些特定頻率下，會(huì)出現(xiàn)共振現(xiàn)象，導(dǎo)致壁板的振動(dòng)幅值急劇增大，從而向車內(nèi)輻射較強(qiáng)的噪聲。當(dāng)車身壁板的振動(dòng)頻率與車內(nèi)空氣聲腔模態(tài)的頻率接近或相等時(shí)，就會(huì)發(fā)生耦合共振現(xiàn)象。在耦合共振狀態(tài)下，車身壁板的振動(dòng)能量會(huì)高效地傳遞給車內(nèi)空氣，使車內(nèi)空氣的振動(dòng)幅值大幅增加，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的壓力脈動(dòng)，形成低頻轟鳴噪聲。這種耦合共振現(xiàn)象可以用聲-固耦合理論來解釋。聲-固耦合理論認(rèn)為，在聲-固耦合系統(tǒng)中，固體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)會(huì)引起周圍流體（如空氣）的壓力變化，而流體的壓力變化又會(huì)反過來作用于固體結(jié)構(gòu)，影響其振動(dòng)響應(yīng)。在車內(nèi)環(huán)境中，車身壁板與車內(nèi)空氣構(gòu)成了一個(gè)典型的聲-固耦合系統(tǒng)。當(dāng)車身壁板振動(dòng)時(shí)，會(huì)引起車內(nèi)空氣的壓縮和膨脹，從而產(chǎn)生壓力波動(dòng)；而車內(nèi)空氣的壓力波動(dòng)又會(huì)對(duì)車身壁板施加作用力，進(jìn)一步影響其振動(dòng)。這種相互作用會(huì)導(dǎo)致聲腔模態(tài)與車身壁板振動(dòng)之間的能量交換和耦合增強(qiáng)，當(dāng)兩者的頻率匹配時(shí)，就會(huì)引發(fā)強(qiáng)烈的耦合共振，產(chǎn)生明顯的低頻轟鳴噪聲。例如，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的二階不平衡激勵(lì)頻率與車內(nèi)某一聲腔模態(tài)頻率接近時(shí)，會(huì)激發(fā)車身壁板的振動(dòng)，并與車內(nèi)空氣聲腔模態(tài)發(fā)生耦合共振，使得車內(nèi)低頻轟鳴聲明顯增大，駕乘人員能夠明顯感受到強(qiáng)烈的壓耳感和不適感。車內(nèi)空氣聲腔模態(tài)與車身壁板振動(dòng)的耦合是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程，受到多種因素的影響，如激勵(lì)源的特性、車身結(jié)構(gòu)的剛度和阻尼、車內(nèi)聲學(xué)材料的布置等。深入研究這一耦合機(jī)制，對(duì)于理解微車低頻轟鳴問題的產(chǎn)生根源，以及提出有效的控制措施具有重要意義。三、傳動(dòng)系扭振檢測(cè)技術(shù)3.1傳感器選擇與布置在傳動(dòng)系扭振檢測(cè)中，傳感器的選擇與布置是獲取準(zhǔn)確扭振數(shù)據(jù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。針對(duì)傳動(dòng)系扭振的特點(diǎn)，常用的傳感器類型主要有轉(zhuǎn)速傳感器、扭矩傳感器等，它們各自具有獨(dú)特的工作原理和適用場景，在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體情況進(jìn)行合理選擇。轉(zhuǎn)速傳感器是檢測(cè)傳動(dòng)系扭振的常用傳感器之一，其工作原理基于電磁感應(yīng)、光電效應(yīng)等。常見的轉(zhuǎn)速傳感器包括磁電式轉(zhuǎn)速傳感器、光電式轉(zhuǎn)速傳感器和增量式編碼器等。磁電式轉(zhuǎn)速傳感器利用磁電感應(yīng)效應(yīng)來測(cè)量轉(zhuǎn)速，它由鐵芯、磁鋼、感應(yīng)線圈等部件組成。當(dāng)被測(cè)量的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒輪盤上的齒會(huì)切割傳感器線圈產(chǎn)生的磁力線，使磁路磁阻發(fā)生變化，從而在感應(yīng)線圈內(nèi)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。每個(gè)齒經(jīng)過傳感器測(cè)量位置時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電壓信號(hào)，通過對(duì)這些信號(hào)的計(jì)數(shù)和處理，即可計(jì)算出齒輪的轉(zhuǎn)速。磁電式轉(zhuǎn)速傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，且能在惡劣環(huán)境下正常工作，溫度適應(yīng)范圍較寬，可重復(fù)使用，因此在以齒輪作為基本傳動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛，常作為發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪端轉(zhuǎn)速測(cè)量的標(biāo)配傳感器。然而，它也存在一定的局限性，由于齒輪齒數(shù)固定，每圈脈沖數(shù)有限，當(dāng)齒數(shù)較少時(shí)，對(duì)于波動(dòng)轉(zhuǎn)速的精確測(cè)量較為困難。而且，齒輪的制造誤差、幾何誤差、變形以及測(cè)量附近存在的磁電干擾、塵土污漬等，都會(huì)影響扭振測(cè)量精度。例如，在某微車傳動(dòng)系扭振測(cè)試中，使用磁電式轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪端轉(zhuǎn)速，由于飛輪齒盤存在制造誤差，導(dǎo)致測(cè)量得到的轉(zhuǎn)速信號(hào)存在明顯波動(dòng)，與實(shí)際轉(zhuǎn)速存在一定偏差，影響了對(duì)扭振特性的準(zhǔn)確分析。光電式轉(zhuǎn)速傳感器則是基于光電效應(yīng)工作的非接觸式傳感器。通常在旋轉(zhuǎn)軸或旋轉(zhuǎn)盤上粘貼見光與不見光交替間隔的碼帶或碼盤，也可利用齒輪，但因齒輪反光與不反光區(qū)域不明顯，精度相對(duì)較低。當(dāng)旋轉(zhuǎn)部件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光電開關(guān)會(huì)根據(jù)擋光情況響應(yīng)輸出高低電平，輸出電平的頻率正比于轉(zhuǎn)速，通過測(cè)量頻率即可得到轉(zhuǎn)速，也可將頻率轉(zhuǎn)化為電壓或電流信號(hào)輸出。光電式轉(zhuǎn)速傳感器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)相對(duì)較多，安裝較為容易。但它對(duì)測(cè)量環(huán)境的光敏感，安裝時(shí)傳感器與反光部件之間的相對(duì)位移會(huì)影響測(cè)量精度。使用碼帶纏繞旋轉(zhuǎn)軸測(cè)量時(shí)，碼帶兩端部連接處的黑白反光部分間距不連續(xù)，會(huì)導(dǎo)致輸出脈沖寬度變化，引起轉(zhuǎn)速突變。使用碼盤時(shí)，若碼盤與旋轉(zhuǎn)盤不能成為同心圓，會(huì)產(chǎn)生一階偏心，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速信號(hào)分析時(shí)出現(xiàn)一階分量過估計(jì)的問題。例如，在對(duì)某微車傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速測(cè)量中，采用光電式轉(zhuǎn)速傳感器，由于安裝時(shí)碼盤與傳動(dòng)軸存在一定偏心，在對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行瀑布圖分析時(shí)，出現(xiàn)了明顯的一階分量過估計(jì)現(xiàn)象，干擾了對(duì)扭振信號(hào)的準(zhǔn)確提取。增量式編碼器也是一種常用的轉(zhuǎn)速傳感器，其主要工作原理是光電轉(zhuǎn)換，輸出A、B、Z三組方波脈沖。其中A、B兩組脈沖相位相差90度，可用于判斷旋轉(zhuǎn)方向；Z脈沖為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)參考。增量式編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)可達(dá)上千個(gè)，測(cè)量轉(zhuǎn)速脈沖更精確，能夠更準(zhǔn)確地捕捉到轉(zhuǎn)速的微小變化，為扭振分析提供更精細(xì)的數(shù)據(jù)支持。然而，其安裝較為麻煩，需要將編碼器安裝在旋轉(zhuǎn)部件上，這可能會(huì)帶來質(zhì)量載荷的影響，如動(dòng)平衡問題等。在某微車變速器輸入軸轉(zhuǎn)速測(cè)量中，安裝增量式編碼器后，由于編碼器自身質(zhì)量的影響，導(dǎo)致輸入軸動(dòng)平衡出現(xiàn)問題，引發(fā)了額外的振動(dòng)，給扭振檢測(cè)帶來了干擾。扭矩傳感器主要用于測(cè)量傳動(dòng)系中部件所承受的扭矩，其工作原理可分為應(yīng)變片式、磁彈性式等。應(yīng)變片式扭矩傳感器是基于電阻應(yīng)變?cè)砉ぷ鞯?。?dāng)彈性軸受到扭矩作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生微小的形變，粘貼在彈性軸表面的應(yīng)變片的電阻值會(huì)隨之發(fā)生變化，通過測(cè)量應(yīng)變片電阻值的變化，并利用惠斯通電橋?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)過放大和處理后，即可得到與扭矩成正比的電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)扭矩的測(cè)量。應(yīng)變片式扭矩傳感器具有測(cè)量精度高、線性度好等優(yōu)點(diǎn)，能夠較為準(zhǔn)確地測(cè)量傳動(dòng)系中的扭矩變化。但它對(duì)安裝要求較高，需要保證傳感器與被測(cè)軸的同軸度，否則會(huì)影響測(cè)量精度。而且，應(yīng)變片的壽命有限，在長期使用過程中可能會(huì)出現(xiàn)漂移現(xiàn)象，需要定期校準(zhǔn)和維護(hù)。在某微車傳動(dòng)系扭矩測(cè)量中，由于應(yīng)變片式扭矩傳感器安裝時(shí)同軸度存在偏差，導(dǎo)致測(cè)量得到的扭矩?cái)?shù)據(jù)與實(shí)際值存在較大誤差，無法準(zhǔn)確反映傳動(dòng)系的扭矩變化情況。磁彈性式扭矩傳感器則是利用鐵磁材料在扭矩作用下磁特性發(fā)生變化的原理來測(cè)量扭矩。當(dāng)被測(cè)軸受到扭矩作用時(shí)，軸表面的應(yīng)力分布會(huì)發(fā)生改變，從而引起軸的磁導(dǎo)率變化，通過檢測(cè)磁導(dǎo)率的變化即可間接測(cè)量出扭矩。磁彈性式扭矩傳感器具有非接觸測(cè)量、抗干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，能夠在復(fù)雜的電磁環(huán)境下穩(wěn)定工作。但其測(cè)量精度相對(duì)較低，成本較高，限制了其在一些對(duì)成本敏感的微車應(yīng)用場景中的廣泛使用。在某微車傳動(dòng)系扭振檢測(cè)中，采用磁彈性式扭矩傳感器測(cè)量傳動(dòng)軸扭矩，雖然該傳感器能夠有效抵抗周圍電磁干擾，穩(wěn)定輸出扭矩信號(hào)，但由于其測(cè)量精度有限，對(duì)于一些微小扭矩變化的檢測(cè)不夠靈敏，影響了對(duì)傳動(dòng)系扭振細(xì)節(jié)的分析。在傳感器布置方面，需要遵循一定的原則和方法，以確保能夠準(zhǔn)確、全面地獲取傳動(dòng)系扭振信息。應(yīng)根據(jù)傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和主要振動(dòng)源，將傳感器布置在關(guān)鍵部位。發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪、變速器輸入軸和輸出軸、傳動(dòng)軸前端和后端、主減速器輸入軸等部位都是扭振較為集中的區(qū)域，在這些位置布置傳感器能夠直接獲取到關(guān)鍵的扭振數(shù)據(jù)。在某微車傳動(dòng)系扭振測(cè)試中，在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪、變速箱輸入軸、傳動(dòng)軸前端以及傳動(dòng)軸后端等部位布置了轉(zhuǎn)速傳感器和扭矩傳感器，通過對(duì)這些部位的監(jiān)測(cè)，成功捕捉到了傳動(dòng)系在不同工況下的扭振信號(hào)，為后續(xù)的分析提供了豐富的數(shù)據(jù)支持。要考慮傳感器的安裝位置對(duì)測(cè)量精度的影響。傳感器應(yīng)盡量安裝在振動(dòng)傳遞路徑上，避免安裝在振動(dòng)節(jié)點(diǎn)或振幅較小的位置，以確保能夠接收到較強(qiáng)的振動(dòng)信號(hào)。同時(shí)，要保證傳感器的安裝牢固可靠，避免因松動(dòng)或位移而影響測(cè)量結(jié)果。在某微車傳動(dòng)軸傳感器安裝過程中，由于傳感器安裝不夠牢固，在車輛行駛過程中出現(xiàn)了松動(dòng)現(xiàn)象，導(dǎo)致測(cè)量得到的振動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)異常波動(dòng)，無法準(zhǔn)確反映傳動(dòng)軸的扭振情況。還需根據(jù)檢測(cè)目的和分析需求，合理確定傳感器的數(shù)量和分布。對(duì)于復(fù)雜的傳動(dòng)系，可能需要布置多個(gè)傳感器，以獲取不同部位的扭振信息，從而全面了解傳動(dòng)系的扭振特性。在某前置后驅(qū)微車的傳動(dòng)系扭振檢測(cè)中，為了準(zhǔn)確分析傳動(dòng)系各部件之間的扭振傳遞關(guān)系，在發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器、傳動(dòng)軸和主減速器等多個(gè)部件上分別布置了傳感器，通過對(duì)多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)的綜合分析，清晰地揭示了傳動(dòng)系扭振的傳遞路徑和變化規(guī)律。轉(zhuǎn)速傳感器和扭矩傳感器在傳動(dòng)系扭振檢測(cè)中各有優(yōu)劣，在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)微車傳動(dòng)系的具體特點(diǎn)、檢測(cè)要求和成本限制等因素，綜合考慮選擇合適的傳感器類型，并遵循科學(xué)的布置原則和方法，以確保能夠獲取準(zhǔn)確、可靠的扭振檢測(cè)數(shù)據(jù)，為傳動(dòng)系扭振引致微車低頻轟鳴問題的診斷提供有力支持。3.2信號(hào)采集與處理3.2.1采集系統(tǒng)組成信號(hào)采集系統(tǒng)作為獲取傳動(dòng)系扭振信息的關(guān)鍵工具，其性能直接影響著扭振檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。本研究搭建的信號(hào)采集系統(tǒng)主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、放大器、信號(hào)調(diào)理模塊以及計(jì)算機(jī)等硬件設(shè)備組成，各部件協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)扭振信號(hào)的高效采集與初步處理。傳感器作為信號(hào)采集系統(tǒng)的前端設(shè)備，負(fù)責(zé)將傳動(dòng)系的機(jī)械振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。根據(jù)傳動(dòng)系扭振檢測(cè)的需求，選用了磁電式轉(zhuǎn)速傳感器和應(yīng)變片式扭矩傳感器。磁電式轉(zhuǎn)速傳感器利用電磁感應(yīng)原理，通過檢測(cè)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的磁場變化，輸出與轉(zhuǎn)速成正比的電信號(hào)，可準(zhǔn)確測(cè)量傳動(dòng)部件的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，進(jìn)而分析扭振情況。應(yīng)變片式扭矩傳感器則基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，當(dāng)彈性軸受到扭矩作用發(fā)生形變時(shí)，粘貼在軸表面的應(yīng)變片電阻值會(huì)相應(yīng)改變，通過惠斯通電橋?qū)㈦娮枳兓D(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)扭矩的精確測(cè)量。在某微車傳動(dòng)系扭振測(cè)試中，在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪、變速器輸入軸、傳動(dòng)軸等關(guān)鍵部位安裝了磁電式轉(zhuǎn)速傳感器和應(yīng)變片式扭矩傳感器，成功獲取了這些部位在不同工況下的轉(zhuǎn)速和扭矩信號(hào)，為后續(xù)的分析提供了重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)采集卡是連接傳感器與計(jì)算機(jī)的橋梁，其主要功能是將傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并傳輸至計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。選用的NI公司的USB-6211數(shù)據(jù)采集卡，具有16位分辨率、高達(dá)250kS/s的采樣速率以及多個(gè)模擬輸入通道，能夠滿足本研究對(duì)扭振信號(hào)高精度、高速率采集的需求。在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)據(jù)采集卡通過USB接口與計(jì)算機(jī)相連，方便快捷，可實(shí)時(shí)采集傳感器輸出的模擬信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)。其高分辨率保證了信號(hào)轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性，能夠精確捕捉到扭振信號(hào)的微小變化；高采樣速率則確保了能夠完整采集到高速變化的扭振信號(hào)，避免信號(hào)丟失，為后續(xù)的信號(hào)分析提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。放大器用于對(duì)傳感器輸出的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大，以滿足數(shù)據(jù)采集卡的輸入要求。由于傳感器輸出的信號(hào)通常較為微弱，容易受到噪聲干擾，因此需要通過放大器進(jìn)行放大處理。采用的是ICP型電荷放大器，其具有高輸入阻抗、低噪聲、寬頻帶等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效放大傳感器輸出的電荷信號(hào)，并抑制噪聲干擾。在某微車傳動(dòng)系扭振測(cè)試中，傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)過ICP型電荷放大器放大后，信號(hào)幅值得到了顯著提升，信噪比提高，為數(shù)據(jù)采集卡準(zhǔn)確采集信號(hào)提供了保障。同時(shí)，該放大器的寬頻帶特性能夠保證在不同頻率范圍內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行有效放大，確保了扭振信號(hào)的完整性。信號(hào)調(diào)理模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、隔離等預(yù)處理，以提高信號(hào)質(zhì)量。濾波是信號(hào)調(diào)理的重要環(huán)節(jié)，通過低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器等，可以去除信號(hào)中的高頻噪聲、低頻漂移以及其他干擾信號(hào)，保留有用的扭振信號(hào)。在某微車傳動(dòng)系扭振信號(hào)采集過程中，使用了巴特沃斯帶通濾波器，設(shè)置通帶頻率范圍為10-500Hz，有效去除了信號(hào)中的高頻噪聲和低頻干擾，使扭振信號(hào)更加清晰。放大功能則進(jìn)一步提升了信號(hào)的幅值，確保信號(hào)在傳輸過程中具有足夠的強(qiáng)度。隔離功能可防止不同信號(hào)之間的相互干擾，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，保證信號(hào)采集的準(zhǔn)確性。計(jì)算機(jī)作為信號(hào)采集系統(tǒng)的核心控制和數(shù)據(jù)處理設(shè)備，運(yùn)行專門的信號(hào)采集與分析軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的控制、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與分析等功能。選用的是高性能的工作站，配備多核處理器、大容量內(nèi)存和高速硬盤，能夠快速處理大量的扭振數(shù)據(jù)。在實(shí)際測(cè)試中，通過運(yùn)行LabVIEW軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集的啟動(dòng)與停止控制，以及采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)和初步分析。LabVIEW軟件具有圖形化編程界面，操作簡單直觀，可方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的搭建和調(diào)試。同時(shí)，其豐富的信號(hào)處理函數(shù)庫為后續(xù)的信號(hào)分析提供了強(qiáng)大的工具支持。本研究搭建的信號(hào)采集系統(tǒng)各硬件設(shè)備相互配合，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)微車傳動(dòng)系扭振信號(hào)的高精度、高速率采集和預(yù)處理，為深入研究傳動(dòng)系扭振引致微車低頻轟鳴問題提供了可靠的數(shù)據(jù)來源。3.2.2信號(hào)處理方法在獲取微車傳動(dòng)系扭振信號(hào)后，由于原始信號(hào)中往往包含各種噪聲和干擾成分，若直接進(jìn)行分析，可能會(huì)導(dǎo)致分析結(jié)果出現(xiàn)偏差，無法準(zhǔn)確反映傳動(dòng)系扭振的真實(shí)特性。因此，需要采用一系列科學(xué)有效的信號(hào)處理方法，對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理和特征提取，以獲取能夠準(zhǔn)確表征傳動(dòng)系扭振的關(guān)鍵信息。濾波是信號(hào)處理的首要環(huán)節(jié)，其目的是去除原始信號(hào)中的噪聲和干擾成分，提高信號(hào)的質(zhì)量。常見的濾波方法包括低通濾波、高通濾波、帶通濾波和帶阻濾波等，每種濾波方法都有其特定的頻率特性和適用場景。低通濾波器允許低頻信號(hào)通過，而衰減高頻信號(hào)，適用于去除信號(hào)中的高頻噪聲，如傳感器的電氣噪聲、環(huán)境中的電磁干擾等。在某微車傳動(dòng)系扭振信號(hào)處理中，采用了截止頻率為100Hz的巴特沃斯低通濾波器，有效地去除了信號(hào)中的高頻噪聲，使扭振信號(hào)的低頻成分更加清晰。高通濾波器則與之相反，它允許高頻信號(hào)通過，衰減低頻信號(hào)，常用于去除信號(hào)中的低頻漂移和直流分量。帶通濾波器只允許特定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過，而衰減其他頻率的信號(hào)，對(duì)于提取具有特定頻率特征的扭振信號(hào)非常有效。例如，在分析某微車傳動(dòng)系在特定工況下的扭振特性時(shí)，通過設(shè)置帶通濾波器的通帶頻率范圍為20-80Hz，成功提取了該頻率范圍內(nèi)的扭振信號(hào)，排除了其他頻率成分的干擾。帶阻濾波器則是衰減特定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)，保留其他頻率的信號(hào)，可用于去除信號(hào)中的特定頻率干擾，如電源頻率干擾等。在選擇濾波方法時(shí)，需要根據(jù)原始信號(hào)的頻率特性和噪聲分布情況，合理確定濾波器的類型、截止頻率、階數(shù)等參數(shù)，以達(dá)到最佳的濾波效果。傅里葉變換是一種常用的信號(hào)處理方法，它能夠?qū)r(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，揭示信號(hào)的頻率組成和能量分布。通過傅里葉變換，可以得到信號(hào)的頻譜圖，從中可以直觀地觀察到信號(hào)中包含的各種頻率成分及其幅值大小。對(duì)于傳動(dòng)系扭振信號(hào)，頻譜分析可以幫助確定扭振的主要頻率成分，以及這些頻率成分與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)系固有頻率之間的關(guān)系。以某微車傳動(dòng)系為例，對(duì)采集到的傳動(dòng)軸扭振信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換后，得到的頻譜圖顯示，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2000rpm時(shí)，扭振信號(hào)中存在一個(gè)明顯的頻率成分，其頻率為100Hz，經(jīng)分析該頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)的二階激勵(lì)頻率相對(duì)應(yīng)，表明此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的二階激勵(lì)是引起傳動(dòng)軸扭振的主要原因之一。除了傅里葉變換，短時(shí)傅里葉變換（STFT）也是一種常用的時(shí)頻分析方法，它能夠在一定程度上解決傅里葉變換無法反映信號(hào)時(shí)變特性的問題。STFT通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行加窗處理，將信號(hào)劃分為多個(gè)短時(shí)間段，然后對(duì)每個(gè)短時(shí)間段內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，從而得到信號(hào)在不同時(shí)間點(diǎn)的頻率特性。在分析某微車在加速過程中的傳動(dòng)系扭振信號(hào)時(shí)，采用STFT方法，能夠清晰地觀察到扭振頻率隨時(shí)間的變化情況，為研究傳動(dòng)系在動(dòng)態(tài)工況下的扭振特性提供了有力的工具。階次分析是一種針對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)的特殊分析方法，它能夠?qū)⒄駝?dòng)信號(hào)與旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)速聯(lián)系起來，以階次為單位對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析。在傳動(dòng)系扭振分析中，由于扭振信號(hào)的頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速密切相關(guān)，采用階次分析可以更準(zhǔn)確地反映扭振的特性。階次分析的基本原理是將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為角域信號(hào)，通過等角度采樣的方式，消除轉(zhuǎn)速波動(dòng)對(duì)信號(hào)分析的影響，然后對(duì)角域信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，得到階次譜。在某微車傳動(dòng)系扭振測(cè)試中，通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪轉(zhuǎn)速信號(hào)和傳動(dòng)軸扭振信號(hào)進(jìn)行同步采集，并進(jìn)行階次分析，發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)軸扭振的主要階次成分與發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火階次和不平衡階次相對(duì)應(yīng)，進(jìn)一步揭示了發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)與傳動(dòng)軸扭振之間的內(nèi)在聯(lián)系。階次分析還可以用于故障診斷，通過監(jiān)測(cè)傳動(dòng)系扭振信號(hào)的階次變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)部件的故障，如齒輪磨損、軸承損壞等。當(dāng)齒輪出現(xiàn)磨損時(shí)，其嚙合頻率對(duì)應(yīng)的階次成分會(huì)發(fā)生變化，通過階次分析可以準(zhǔn)確捕捉到這些變化，為故障診斷提供依據(jù)。通過合理運(yùn)用濾波、傅里葉變換、階次分析等信號(hào)處理方法，能夠有效地對(duì)微車傳動(dòng)系扭振信號(hào)進(jìn)行處理和分析，提取出反映扭振特性的關(guān)鍵信息，為深入研究傳動(dòng)系扭振引致微車低頻轟鳴問題提供了有力的技術(shù)支持。3.3測(cè)試工況與方法3.3.1工況設(shè)定為全面、準(zhǔn)確地獲取微車傳動(dòng)系扭振數(shù)據(jù)，深入分析其在不同工作條件下的扭振特性，本研究精心設(shè)定了一系列具有代表性的測(cè)試工況，涵蓋了不同擋位、不同車速以及不同油門開度等多種因素，以模擬微車在實(shí)際行駛過程中的各種運(yùn)行狀態(tài)。在擋位選擇方面，選取了微車常見的1-5擋作為測(cè)試擋位。1擋主要用于車輛起步和爬坡等需要較大扭矩的工況，此時(shí)傳動(dòng)系承受的負(fù)荷較大，扭振情況較為復(fù)雜；2擋和3擋常用于城市道路的低速行駛和加速階段，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩變化較為頻繁，對(duì)傳動(dòng)系扭振有較大影響；4擋和5擋則適用于高速行駛工況，傳動(dòng)系的轉(zhuǎn)速較高，扭振特性與低速工況有所不同。通過對(duì)不同擋位的測(cè)試，可以全面了解傳動(dòng)系在不同傳動(dòng)比下的扭振響應(yīng)。車速范圍的設(shè)定充分考慮了微車的實(shí)際使用場景。低速工況選取了20-40km/h的車速區(qū)間，該區(qū)間內(nèi)車輛頻繁啟停和換擋，傳動(dòng)系受到的沖擊較大，容易引發(fā)扭振。中速工況設(shè)定為40-60km/h，這是城市道路和一般公路上常見的行駛速度，傳動(dòng)系處于相對(duì)穩(wěn)定的工作狀態(tài)，但仍可能受到路面不平度等因素的影響而產(chǎn)生扭振。高速工況選擇了60-80km/h的車速區(qū)間，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高，傳動(dòng)系的動(dòng)態(tài)特性對(duì)車輛的行駛穩(wěn)定性和NVH性能至關(guān)重要。在每個(gè)車速區(qū)間內(nèi)，均勻選取多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，如在低速工況下，分別選取20km/h、30km/h和40km/h作為測(cè)試車速，以獲取更詳細(xì)的扭振數(shù)據(jù)。油門開度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速有著直接的影響，進(jìn)而影響傳動(dòng)系扭振。本研究設(shè)置了小油門開度（20%-40%）、中油門開度（40%-60%）和大油門開度（60%-80%）三種工況。小油門開度下，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩較小，傳動(dòng)系扭振主要由發(fā)動(dòng)機(jī)的固有激勵(lì)和路面不平度等因素引起；中油門開度是車輛正常行駛時(shí)常見的工況，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩適中，傳動(dòng)系扭振處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)；大油門開度通常用于車輛加速和超車等情況，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩較大，傳動(dòng)系承受的負(fù)荷增加，扭振幅值可能會(huì)顯著增大。在每種油門開度工況下，結(jié)合不同擋位和車速進(jìn)行測(cè)試，以全面分析油門開度對(duì)傳動(dòng)系扭振的影響。本研究還考慮了一些特殊工況，如急加速、急減速和勻速行駛等。急加速工況下，駕駛員迅速踩下油門踏板，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速急劇上升，輸出扭矩大幅增加，傳動(dòng)系會(huì)受到強(qiáng)烈的沖擊，扭振情況較為嚴(yán)重；急減速工況時(shí)，駕駛員突然松開油門踏板并踩下制動(dòng)踏板，車輛速度迅速降低，傳動(dòng)系會(huì)產(chǎn)生較大的反向扭矩，引發(fā)扭振；勻速行駛工況則是車輛在穩(wěn)定速度下行駛，傳動(dòng)系的工作狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定，但仍可能存在因發(fā)動(dòng)機(jī)不平衡激勵(lì)和路面不平度等因素引起的扭振。通過對(duì)這些特殊工況的測(cè)試，可以更深入地了解傳動(dòng)系在極端工作條件下的扭振特性，為車輛的安全設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化提供更全面的依據(jù)。3.3.2測(cè)試流程傳動(dòng)系扭振測(cè)試是一項(xiàng)系統(tǒng)而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ?，需要遵循科學(xué)的測(cè)試流程，以確保測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。本研究制定的測(cè)試流程主要包括試驗(yàn)前準(zhǔn)備、測(cè)試過程控制以及數(shù)據(jù)記錄等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行操作。試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作是測(cè)試成功的基礎(chǔ)，需要對(duì)測(cè)試設(shè)備、車輛以及測(cè)試場地等進(jìn)行全面的檢查和調(diào)試。對(duì)選用的傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、放大器、信號(hào)調(diào)理模塊以及計(jì)算機(jī)等測(cè)試設(shè)備進(jìn)行性能檢查和校準(zhǔn)，確保其測(cè)量精度和穩(wěn)定性滿足測(cè)試要求。使用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源對(duì)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，檢查傳感器的靈敏度、線性度等參數(shù)是否正常；對(duì)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采樣速率和分辨率的設(shè)置，確保能夠準(zhǔn)確采集到扭振信號(hào)。同時(shí)，對(duì)車輛進(jìn)行全面的檢查和保養(yǎng)，確保車輛的各項(xiàng)性能指標(biāo)正常，傳動(dòng)系部件無故障。檢查發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油液位、冷卻液液位、輪胎氣壓等，確保車輛處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)測(cè)試場地進(jìn)行勘察，確保場地平整、干燥，無障礙物和干擾源，以保證測(cè)試過程的安全和穩(wěn)定。在整車NVH轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試時(shí)，要確保轉(zhuǎn)轂設(shè)備的正常運(yùn)行，調(diào)整轉(zhuǎn)轂的參數(shù)，使其能夠模擬不同的路面條件和車速。測(cè)試過程控制是保證測(cè)試數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要嚴(yán)格按照設(shè)定的測(cè)試工況進(jìn)行操作，并對(duì)測(cè)試過程中的各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整。在測(cè)試過程中，駕駛員要嚴(yán)格按照預(yù)定的擋位、車速和油門開度進(jìn)行駕駛操作，保持駕駛動(dòng)作的平穩(wěn)和一致性，避免因駕駛操作不當(dāng)而引起額外的振動(dòng)和噪聲干擾。在進(jìn)行不同擋位和車速的測(cè)試時(shí)，要確保換擋過程的平順，避免出現(xiàn)換擋沖擊；在控制油門開度時(shí)，要緩慢、均勻地踩下或松開油門踏板，避免急加速或急減速。同時(shí)，利用測(cè)試設(shè)備對(duì)傳動(dòng)系關(guān)鍵部位的扭振信號(hào)、車身振動(dòng)信號(hào)以及車內(nèi)噪聲信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)測(cè)，密切關(guān)注信號(hào)的變化情況。當(dāng)發(fā)現(xiàn)信號(hào)異常時(shí)，及時(shí)停止測(cè)試，檢查測(cè)試設(shè)備和車輛狀態(tài)，排除故障后再繼續(xù)測(cè)試。在測(cè)試過程中，還需要對(duì)環(huán)境溫度、濕度等參數(shù)進(jìn)行記錄，以便后續(xù)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行修正和分析。數(shù)據(jù)記錄是測(cè)試工作的重要組成部分，需要準(zhǔn)確、完整地記錄測(cè)試過程中獲取的各種數(shù)據(jù)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和診斷提供可靠的依據(jù)。使用專門的數(shù)據(jù)記錄軟件，對(duì)傳感器采集到的扭振信號(hào)、車身振動(dòng)信號(hào)、車內(nèi)噪聲信號(hào)以及車輛的運(yùn)行參數(shù)（如車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油門開度等）進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，并按照一定的格式進(jìn)行存儲(chǔ)。在記錄數(shù)據(jù)時(shí)，要確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)誤。對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的整理和分析，檢查數(shù)據(jù)的合理性和一致性，如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，及時(shí)進(jìn)行核實(shí)和處理。在測(cè)試結(jié)束后，將記錄的數(shù)據(jù)備份到多個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)中，以防數(shù)據(jù)丟失。同時(shí)，對(duì)測(cè)試過程中的操作步驟、出現(xiàn)的問題以及解決方法等進(jìn)行詳細(xì)的記錄，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和報(bào)告撰寫提供參考。通過嚴(yán)格遵循上述測(cè)試流程，能夠確保傳動(dòng)系扭振測(cè)試工作的順利進(jìn)行，獲取準(zhǔn)確、可靠的測(cè)試數(shù)據(jù)，為深入研究傳動(dòng)系扭振引致微車低頻轟鳴問題提供有力的數(shù)據(jù)支持。四、傳動(dòng)系扭振引致微車低頻轟鳴診斷方法4.1基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的診斷方法4.1.1時(shí)域分析時(shí)域分析作為信號(hào)處理的基礎(chǔ)方法，在傳動(dòng)系扭振引致微車低頻轟鳴問題的診斷中具有重要作用。通過對(duì)采集到的扭振信號(hào)和車內(nèi)噪聲信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析，可以直觀地觀察信號(hào)在時(shí)間軸上的變化特征，獲取信號(hào)的幅值、周期、相位等信息，從而初步判斷扭振與低頻轟鳴的特征及關(guān)聯(lián)性。在某微車傳動(dòng)系扭振測(cè)試中，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪處的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析。通過轉(zhuǎn)速傳感器采集到的時(shí)域信號(hào)呈現(xiàn)出一定的波動(dòng)特性，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速工況時(shí)，轉(zhuǎn)速信號(hào)的波動(dòng)相對(duì)較小，幅值較為穩(wěn)定；而在加速工況下，隨著油門開度的增大，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速上升，轉(zhuǎn)速信號(hào)的波動(dòng)明顯加劇，幅值也隨之增大。通過對(duì)這些時(shí)域信號(hào)的觀察和分析，可以初步判斷發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)情況，進(jìn)而推測(cè)傳動(dòng)系扭振的劇烈程度。在加速過程中，轉(zhuǎn)速信號(hào)的劇烈波動(dòng)可能意味著傳動(dòng)系受到了較大的扭矩沖擊，容易引發(fā)扭振。對(duì)車內(nèi)噪聲信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析時(shí)，同樣可以發(fā)現(xiàn)一些與低頻轟鳴相關(guān)的特征。當(dāng)車內(nèi)出現(xiàn)低頻轟鳴時(shí)，噪聲信號(hào)在時(shí)域上表現(xiàn)為幅值較大且具有一定周期性的波動(dòng)。在某微車車內(nèi)噪聲測(cè)試中，當(dāng)車輛行駛在特定工況下，車內(nèi)噪聲信號(hào)的時(shí)域波形呈現(xiàn)出明顯的周期性起伏，且在低頻段（20-100Hz）的幅值顯著增大，這種特征與低頻轟鳴的主觀感受相吻合。通過對(duì)噪聲信號(hào)時(shí)域波形的觀察，可以初步判斷車內(nèi)是否存在低頻轟鳴現(xiàn)象，并確定其出現(xiàn)的時(shí)間和強(qiáng)度變化。為了更準(zhǔn)確地分析扭振與低頻轟鳴之間的關(guān)聯(lián)性，還可以對(duì)扭振信號(hào)和車內(nèi)噪聲信號(hào)進(jìn)行同步時(shí)域分析。在某微車試驗(yàn)中，將傳動(dòng)軸的扭振信號(hào)與車內(nèi)噪聲信號(hào)進(jìn)行同步采集和分析。當(dāng)傳動(dòng)軸出現(xiàn)較大扭振時(shí)，觀察到車內(nèi)噪聲信號(hào)的幅值也隨之增大，且兩者的波動(dòng)趨勢(shì)具有一定的相關(guān)性。在傳動(dòng)軸扭振幅值達(dá)到峰值的時(shí)刻，車內(nèi)噪聲信號(hào)的幅值也相應(yīng)達(dá)到一個(gè)較大值，這表明傳動(dòng)軸扭振與車內(nèi)低頻轟鳴之間存在著密切的聯(lián)系，傳動(dòng)軸扭振很可能是引發(fā)車內(nèi)低頻轟鳴的重要原因之一。通過對(duì)扭振信號(hào)和車內(nèi)噪聲信號(hào)的時(shí)域分析，能夠直觀地獲取信號(hào)的基本特征，初步判斷扭振與低頻轟鳴的存在情況以及它們之間的關(guān)聯(lián)性，為進(jìn)一步深入分析和診斷問題提供了重要的依據(jù)。然而，時(shí)域分析也存在一定的局限性，它難以清晰地揭示信號(hào)的頻率組成和能量分布等信息，因此需要結(jié)合頻域分析等其他方法進(jìn)行綜合診斷。4.1.2頻域分析頻域分析是深入探究傳動(dòng)系扭振與微車低頻轟鳴內(nèi)在聯(lián)系的關(guān)鍵手段，通過傅里葉變換等工具，將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，能夠清晰地展現(xiàn)信號(hào)的頻率構(gòu)成和能量分布，進(jìn)而精準(zhǔn)剖析扭振頻率與低頻轟鳴頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系。傅里葉變換是頻域分析的核心工具，其基本原理基于傅里葉級(jí)數(shù)展開。對(duì)于一個(gè)滿足狄利克雷條件的周期函數(shù)f(t)，可以表示為一系列正弦和余弦函數(shù)的線性組合，即：f(t)=a_0+\sum_{n=1}^{\infty}(a_n\cos(n\omega_0t)+b_n\sin(n\omega_0t))其中，a_0為直流分量，a_n和b_n為傅里葉系數(shù)，\omega_0=\frac{2\pi}{T}為基頻，T為信號(hào)的周期。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于非周期信號(hào)，可以通過傅里葉變換將其從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域，得到信號(hào)的頻譜函數(shù)F(\omega)，它反映了信號(hào)在不同頻率下的幅值和相位信息。在某微車傳動(dòng)系扭振研究中，對(duì)采集到的傳動(dòng)軸扭振信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換。經(jīng)變換后得到的頻譜圖顯示，在特定工況下，扭振信號(hào)的能量主要集中在幾個(gè)特定的頻率上。其中，與發(fā)動(dòng)機(jī)二階激勵(lì)頻率對(duì)應(yīng)的頻率成分幅值較高，這表明發(fā)動(dòng)機(jī)的二階激勵(lì)是引起傳動(dòng)軸扭振的重要因素之一。發(fā)動(dòng)機(jī)二階激勵(lì)頻率通常與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速密切相關(guān)，其計(jì)算公式為：f_{2é??}=2\times\frac{n}{60}其中，n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2000r/min時(shí)，二階激勵(lì)頻率為f_{2é??}=2\times\frac{2000}{60}\approx66.7Hz，在頻譜圖上可以清晰地看到在該頻率附近存在一個(gè)明顯的峰值，與理論計(jì)算結(jié)果相符。對(duì)車內(nèi)噪聲信號(hào)進(jìn)行頻域分析時(shí)，同樣發(fā)現(xiàn)了與低頻轟鳴相關(guān)的頻率特征。在某微車車內(nèi)噪聲頻譜分析中，當(dāng)車內(nèi)出現(xiàn)明顯的低頻轟鳴時(shí)，在低頻段（20-100Hz）的頻譜圖上出現(xiàn)了一個(gè)或多個(gè)幅值較大的峰值。這些峰值對(duì)應(yīng)的頻率與傳動(dòng)系扭振的某些頻率成分相匹配，進(jìn)一步證實(shí)了傳動(dòng)系扭振與車內(nèi)低頻轟鳴之間的密切聯(lián)系。在車內(nèi)低頻轟鳴聲較為嚴(yán)重的工況下，噪聲頻譜在60-80Hz頻率范圍內(nèi)出現(xiàn)了一個(gè)突出的峰值，而該頻率范圍恰好與傳動(dòng)軸扭振頻譜中的某些高頻分量相吻合，說明傳動(dòng)軸扭振的高頻成分通過車身結(jié)構(gòu)傳遞到車內(nèi)，激發(fā)了車內(nèi)空氣的共振，從而產(chǎn)生了低頻轟鳴。通過對(duì)比扭振信號(hào)和車內(nèi)噪聲信號(hào)的頻域特征，可以更準(zhǔn)確地確定扭振頻率與低頻轟鳴頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在某微車試驗(yàn)中，將發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪處的扭振信號(hào)和車內(nèi)駕駛員耳部位置的噪聲信號(hào)進(jìn)行同步采集和頻域分析。通過對(duì)比兩者的頻譜圖發(fā)現(xiàn)，車內(nèi)噪聲頻譜中的主要峰值頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪扭振頻譜中的某些頻率成分高度一致，尤其是在低頻段，兩者的相關(guān)性更為明顯。在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r/min時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪扭振頻譜在50Hz和75Hz處出現(xiàn)峰值，而車內(nèi)噪聲頻譜在相同頻率處也出現(xiàn)了明顯的峰值，這表明發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪扭振通過傳動(dòng)系傳遞到車身，進(jìn)而引發(fā)了車內(nèi)的低頻轟鳴。頻域分析能夠深入揭示傳動(dòng)系扭振與微車低頻轟鳴之間的頻率對(duì)應(yīng)關(guān)系，為準(zhǔn)確診斷問題提供了有力的工具。通過對(duì)頻域信號(hào)的分析，可以確定主要的扭振頻率成分和低頻轟鳴頻率，從而有針對(duì)性地采取措施進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，降低傳動(dòng)系扭振和車內(nèi)低頻轟鳴的幅值，提高微車的NVH性能。4.1.3階次分析階次分析作為一種專門針對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)的分析方法，在傳動(dòng)系扭振引致微車低頻轟鳴問題的診斷中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能夠有效識(shí)別發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)階次與傳動(dòng)系扭振響應(yīng)階次，精準(zhǔn)確定主要的激勵(lì)源，為問題的解決提供關(guān)鍵依據(jù)。在傳動(dòng)系中，由于各部件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速密切相關(guān)，傳統(tǒng)的頻率分析方法在處理轉(zhuǎn)速波動(dòng)時(shí)存在一定的局限性。而階次分析通過將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為角域信號(hào)，以旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)角度為基準(zhǔn)進(jìn)行分析，能夠消除轉(zhuǎn)速波動(dòng)對(duì)信號(hào)分析的影響，更準(zhǔn)確地反映傳動(dòng)系扭振與發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)之間的關(guān)系。階次的定義為振動(dòng)頻率與旋轉(zhuǎn)部件基頻的比值，即：é?????=\frac{f}{f_{??oé￠?}}其中，f為振動(dòng)頻率，f_{??oé￠?}為旋轉(zhuǎn)部件的基頻，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)而言，基頻通常為發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速除以60。在某微車傳動(dòng)系扭振測(cè)試中，采用階次分析方法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪轉(zhuǎn)速信號(hào)和傳動(dòng)軸扭振信號(hào)進(jìn)行分析。通過同步采集發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪轉(zhuǎn)速信號(hào)和傳動(dòng)軸扭振信號(hào)，并將轉(zhuǎn)速信號(hào)作為參考信號(hào)，對(duì)扭振信號(hào)進(jìn)行等角度采樣，將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為角域信號(hào)。然后，對(duì)角域信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，得到階次譜。在階次譜上，可以清晰地觀察到與發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火階次和不平衡階次相對(duì)應(yīng)的階次成分。在四缸發(fā)動(dòng)機(jī)中，點(diǎn)火階次通常為2階（對(duì)于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，每轉(zhuǎn)兩圈點(diǎn)火4次，即每轉(zhuǎn)點(diǎn)火2次），在階次譜上可以看到在2階位置存在一個(gè)明顯的峰值，這表明發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火激勵(lì)對(duì)傳動(dòng)軸扭振有重要影響。此外，還可以觀察到與發(fā)動(dòng)機(jī)不平衡階次相關(guān)的成分，如1階、3階等，這些階次成分反映了發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部件的不平衡性對(duì)傳動(dòng)系扭振的影響。通過階次分析，還可以確定傳動(dòng)系扭振的主要響應(yīng)階次，從而找出導(dǎo)致低頻轟鳴的關(guān)鍵激勵(lì)源。在某微車車內(nèi)低頻轟鳴問題的研究中，對(duì)車內(nèi)噪聲信號(hào)和傳動(dòng)系扭振信號(hào)進(jìn)行同步階次分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，車內(nèi)低頻轟鳴的主要階次成分與傳動(dòng)系扭振的某些響應(yīng)階次相對(duì)應(yīng)。在車內(nèi)低頻轟鳴聲明顯的工況下，車內(nèi)噪聲信號(hào)的階次譜在3階和4階位置出現(xiàn)較大峰值，而傳動(dòng)系扭振信號(hào)的階次譜在相同階次位置也有顯著響應(yīng)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，這些階次成分與發(fā)動(dòng)機(jī)的某階激勵(lì)頻率通過傳動(dòng)系的放大作用有關(guān)。發(fā)動(dòng)機(jī)的某階激勵(lì)頻率與傳動(dòng)系的固有頻率接近，引發(fā)了共振，使得傳動(dòng)系扭振在這些階次上的響應(yīng)幅值增大，進(jìn)而通過車身結(jié)構(gòu)傳遞到車內(nèi)，產(chǎn)生了低頻轟鳴。階次分析還可以用于監(jiān)測(cè)傳動(dòng)系部件的健康狀態(tài)。當(dāng)傳動(dòng)系部件出現(xiàn)故障時(shí)，如齒輪磨損、軸承損壞等，其振動(dòng)信號(hào)的階次特征會(huì)發(fā)生變化。在某微車變速器齒輪磨損故障診斷中，通過對(duì)變速器輸入軸和輸出軸的扭振信號(hào)進(jìn)行階次分析，發(fā)現(xiàn)齒輪嚙合頻率對(duì)應(yīng)的階次成分發(fā)生了明顯變化，幅值增大且出現(xiàn)了一些異常的邊帶成分。這表明齒輪可能存在磨損或其他故障，導(dǎo)致齒輪嚙合狀態(tài)惡化，從而產(chǎn)生了異常的扭振信號(hào)。通過階次分析及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些故障隱患，能夠?yàn)檐囕v的維護(hù)和保養(yǎng)提供重要依據(jù)，避免故障進(jìn)一步惡化，提高車輛的可靠性和安全性。階次分析在識(shí)別發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)階次與傳動(dòng)系扭振響應(yīng)階次方面具有重要作用，能夠準(zhǔn)確確定主要的激勵(lì)源，為傳動(dòng)系扭振引致微車低頻轟鳴問題的診斷和解決提供了有力的技術(shù)支持。通過階次分析，可以深入了解傳動(dòng)系的動(dòng)態(tài)特性，發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患，為優(yōu)化傳動(dòng)系設(shè)計(jì)、提高微車NVH性能提供科學(xué)依據(jù)。4.2基于仿真模型的診斷方法4.2.1傳動(dòng)系當(dāng)量模型簡化傳動(dòng)系作為一個(gè)復(fù)雜的多自由度振動(dòng)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)和部件眾多，直接進(jìn)行分析會(huì)面臨巨大的計(jì)算量和復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型。為了在保證分析準(zhǔn)確性的前提下，提高仿真計(jì)算效率，需要對(duì)傳動(dòng)系進(jìn)行當(dāng)量模型簡化。在簡化過程中，遵循一系列科學(xué)合理的原則，以確保簡化后的模型能夠準(zhǔn)確反映傳動(dòng)系的扭振特性。將系統(tǒng)中所有部件簡化并等效為由具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、無剛度的圓盤和沒有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量但具有扭轉(zhuǎn)剛度的彈簧組成，圓盤之間通過理想彈簧連接。這種簡化方式將復(fù)雜的傳動(dòng)部件抽象為簡單的力學(xué)模型，便于進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸、離合器從動(dòng)盤、變速器齒輪等部件，分別簡化為具有相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的圓盤，而連接這些部件的軸則簡化為具有扭轉(zhuǎn)剛度的彈簧。通過這種方式，能夠?qū)鲃?dòng)系的復(fù)雜結(jié)構(gòu)簡化為一個(gè)由離散質(zhì)量和彈性元件組成的系統(tǒng)，大大降低了模型的復(fù)雜性。在簡化發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，按曲拐個(gè)數(shù)將其簡化為幾個(gè)圓盤。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大時(shí)，如飛輪等部件，可簡化到部件旋轉(zhuǎn)中心線上。對(duì)于形狀不規(guī)則、質(zhì)量分布不均勻的發(fā)動(dòng)機(jī)，可以將每個(gè)汽缸的曲軸、活塞、平衡塊、連桿等部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量集中在各自曲柄中心線上，作為一個(gè)集中質(zhì)量點(diǎn)進(jìn)行等效處理。對(duì)于四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，可以將其簡化為四個(gè)集中質(zhì)量點(diǎn)，分別代表每個(gè)汽缸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，這樣能夠在保留發(fā)動(dòng)機(jī)主要?jiǎng)恿W(xué)特性的同時(shí)，簡化模型的構(gòu)建。相鄰兩集中質(zhì)量圓盤之間軸段的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量均等分配到兩集中質(zhì)量上。離合器從動(dòng)軸與變速器第一軸的齒輪之間的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可分配到離合器和變速器齒輪簡化的集中質(zhì)量上。這種分配方式考慮了軸段轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響，使得簡化后的模型更加準(zhǔn)確。同時(shí)，對(duì)于相鄰兩集中圓盤之間的連接軸，計(jì)算出該軸段的扭轉(zhuǎn)剛度，作為該兩集中質(zhì)量圓盤之間的當(dāng)量剛度。離合器扭轉(zhuǎn)減振器等彈性部件則采用其實(shí)際扭轉(zhuǎn)剛度作為集中圓盤間等效當(dāng)量剛度，以確保模型能夠準(zhǔn)確反映這些部件的彈性特性。簡化后的系統(tǒng)以發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)傳動(dòng)比的計(jì)算以及能量守恒的原則，將所有部件簡化為與曲軸同轉(zhuǎn)速的一個(gè)當(dāng)量系統(tǒng)。這意味著在分析過程中，將不同轉(zhuǎn)速的部件通過傳動(dòng)比轉(zhuǎn)換為與曲軸相同的轉(zhuǎn)速，從而使整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析更加統(tǒng)一和方便。在計(jì)算變速器不同擋位下的傳動(dòng)系扭振時(shí)，根據(jù)各擋位的傳動(dòng)比，將變速器齒輪等部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和剛度進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，使其與曲軸轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)，便于進(jìn)行系統(tǒng)的整體分析。在某微車傳動(dòng)系當(dāng)量模型簡化過程中，通過上述方法，將原本復(fù)雜的傳動(dòng)系簡化為一個(gè)由15個(gè)集中質(zhì)量和14個(gè)當(dāng)量彈簧組成的當(dāng)量模型。經(jīng)測(cè)試，該簡化模型在計(jì)算傳動(dòng)系固有頻率和扭振響應(yīng)時(shí)，與實(shí)際傳動(dòng)系的誤差在可接受范圍內(nèi)，且計(jì)算效率提高了約30%，為后續(xù)的仿真分析提供了高效、準(zhǔn)確的模型基礎(chǔ)。4.2.2多體動(dòng)力學(xué)模型建立基于多體動(dòng)力學(xué)理論，建立包含發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器、傳動(dòng)軸、主減速器、差速器和半軸等部件的傳動(dòng)系多體動(dòng)力學(xué)模型，能夠更加真實(shí)地模擬傳動(dòng)系在實(shí)際工作中的動(dòng)態(tài)特性。多體動(dòng)力學(xué)理論是研究由多個(gè)相互連接的剛體或彈性體組成的系統(tǒng)在力和力矩作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科，它考慮了部件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、彈性變形以及非線性因素，能夠準(zhǔn)確描述傳動(dòng)系的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在建立多體動(dòng)力學(xué)模型時(shí)，首先對(duì)傳動(dòng)系各部件進(jìn)行三維實(shí)體建模。利用三維建模軟件，如SolidWorks、Pro/E等，根據(jù)各部件的實(shí)際尺寸和形狀，精確構(gòu)建其三維模型。在構(gòu)建發(fā)動(dòng)機(jī)模型時(shí)，詳細(xì)考慮曲軸、連桿、活塞、氣缸體等部件的結(jié)構(gòu)和幾何特征，確保模型的準(zhǔn)確性。對(duì)于變速器，精確建模齒輪、軸、同步器等部件，以及它們之間的裝配關(guān)系。通過精確的三維建模，能夠?yàn)楹罄m(xù)的動(dòng)力學(xué)分析提供準(zhǔn)確的幾何信息。定義各部件之間的連接方式和約束條件。發(fā)動(dòng)機(jī)與離合器之間通過飛輪和摩擦片實(shí)現(xiàn)扭矩傳遞，在模型中定義為剛性連接和摩擦接觸；離合器與變速器之間通過花鍵連接，定義為花鍵約束，以模擬其扭矩傳遞和相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性；變速器與傳動(dòng)軸之間通過萬向節(jié)連接，考慮萬向節(jié)的等速性和角度變化，定義為萬向節(jié)約束；傳動(dòng)軸與主減速器之間、主減速器與差速器之間、差速器與半軸之間，以及半軸與車輪之間，都根據(jù)實(shí)際的連接方式和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，定義相應(yīng)的約束條件。通過準(zhǔn)確的連接方式和約束條件定義，能夠真實(shí)反映傳動(dòng)系各部件之間的相互作用和運(yùn)動(dòng)關(guān)系。為模型添加材料屬性和質(zhì)量特性。根據(jù)各部件的實(shí)際材料，賦予其相應(yīng)的彈性模量、泊松比、密度等材料屬性，以準(zhǔn)確模擬部件的力學(xué)性能。同時(shí)，根據(jù)部件的實(shí)際質(zhì)量和質(zhì)心位置，添加質(zhì)量特性，確保模型的動(dòng)力學(xué)特性與實(shí)際相符。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，采用高強(qiáng)度合金鋼材料，賦予其相應(yīng)的彈性模量和泊松比，同時(shí)根據(jù)曲軸的實(shí)際質(zhì)量和質(zhì)心位置，在模型中準(zhǔn)確添加質(zhì)量特性，以保證模型在動(dòng)力學(xué)分析中的準(zhǔn)確性?？紤]部件之間的摩擦力、阻尼力等非線性因素。在離合器中，考慮摩擦片之間的摩擦力，通過定義摩擦系數(shù)和接觸力模型，模擬離合器的接合和分離過程；在變速器中，考慮齒輪嚙合時(shí)的摩擦力和阻尼力，以及軸承的摩擦和阻尼，通過添加相應(yīng)的阻尼元件和摩擦模型，模擬這些非線性因素對(duì)傳動(dòng)系動(dòng)力學(xué)特性的影響。在傳動(dòng)軸與萬向節(jié)的連接部位，考慮由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力和阻尼力，通過添加適當(dāng)?shù)淖枘嵩湍Σ聊Ｐ?，使模型能夠更真?shí)地反映實(shí)際工作中的能量損耗和振動(dòng)衰減情況。在某微車傳動(dòng)系多體動(dòng)力學(xué)模型建立過程中，通過上述步驟，成功建立了包含多個(gè)部件的多體動(dòng)力學(xué)模型。對(duì)該模型進(jìn)行仿真分析，得到了傳動(dòng)系在不同工況下的扭矩傳遞、轉(zhuǎn)速波動(dòng)、扭振響應(yīng)等動(dòng)態(tài)特性。在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況下，模型準(zhǔn)確模擬了傳動(dòng)系的輕微振動(dòng)和扭矩波動(dòng)；在加速工況下，模型能夠真實(shí)反映傳動(dòng)系由于發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩變化而產(chǎn)生的劇烈扭振和轉(zhuǎn)速波動(dòng)，為深入研究傳動(dòng)系扭振引致微車低頻轟鳴問題提供了有力的工具。4.2.3有限元模型建立對(duì)傳動(dòng)系關(guān)鍵部件進(jìn)行有限元建模，能夠深入分析其在扭振作用下的應(yīng)力、應(yīng)變分布情況，為評(píng)估部件的可靠性和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)。有限元方法是一種將連續(xù)體離散化為有限個(gè)單元進(jìn)行分析的數(shù)值計(jì)算方法，它能夠?qū)?fù)雜的工程問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解，具有精度高、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在建立有限元模型時(shí)，首先對(duì)傳動(dòng)系關(guān)鍵部件，如傳動(dòng)軸、主減速器齒輪、半軸等進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡化。根據(jù)部件的實(shí)際工作情況和分析目的，忽略一些對(duì)分析結(jié)果影響較小的細(xì)節(jié)特征，如小孔、倒角等，以提高計(jì)算效率。在對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行有限元建模時(shí)，可忽略其表面的一些微小工藝孔和倒角，將其簡化為一個(gè)均勻的圓柱體，同時(shí)保留其關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)特征，如花鍵連接部位、軸頸等，以確保模型能夠準(zhǔn)確反映傳動(dòng)軸的主要力學(xué)性能。利用有限元軟件，如ANSYS、ABAQUS等，對(duì)簡化后的部件進(jìn)