某車型油門踏板振動控制研究

王程榮 葉映芳（等同于第一作者）

（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇 蘇州215000）

隨著中國汽車的快速發展，其市場競爭日趨激烈，外資和合資品牌的強勢進入，對國內自主品牌汽車的性能要求也更加苛刻，已由當年的能開耐用方向轉變成既要便宜又需舒適，而其中客戶最關注的就是舒適性，轉換到工程上，就是車輛啟動后NVH 性能要好。

油門踏板作為駕駛員最直接也是接觸最為頻繁的功能件，它時刻與駕駛安全相聯系著，為此油門踏板的人機交互以及NVH 性能在很大程度上影響了駕駛員對車輛舒適性的直接評價。

本文通過模態仿真分析和試驗相結合的方法[1-2]，基于薄板振動理論快速識別前圍板和踏板支架是導致油門踏板振動的主要原因，并同步進行油門踏板的模態頻率提升，有效改善了踏板的振動抱怨，使油門踏板在駕駛過程中的2 階振動幅值由原來的0.07g 下降至0.02g，車輛駕駛的整體線性度得到了很大提升。

1 問題描述及原因分析

1.1 問題描述

考慮到自動檔車輛在D 檔時會頻繁切換檔位，不利于工況的準確分析，特選定3 檔全油門加速作為具體分析工況，以油門踏板踩踏處附近點為振動采集點，如圖1 所示。實車道路測評，發現在發動機轉速掃至2000～2500rpm 范圍時，主觀評估油門踏板的振感較為明顯，經客觀測試，此轉速范圍內，踏板垂向振動頻譜云圖存在振動抱怨特征，且此方向的2 階振動曲線在2190rpm 轉速下存在明顯峰值，上升和下降的斜率異常高，幅值達到了0.09g，存在振動抱怨。

1.2 原因分析

1.2.1 特征頻率分析

圖1 油門踏板振動采集點

油門踏板振動的峰值特征頻率為73Hz，根據公式（1）可計算得到在轉速為2190rpm 時發動機2 階激勵頻率為73Hz，與踏板的峰值振動特征頻率吻合。

式中：n 為發動機的轉速，單位為r/min；i 為發動機階次，i=2。

1.2.2 關聯件模態頻率分析

根據前期分析，可以明確得出發動機2 階激勵引起了踏板的振動抱怨，需進一步分析踏板本體共振還是周邊零部件共振引起。為此分別針對響應點附件的前圍板和油門踏板本體進行了仿真分析，前圍板的一階模態振型，頻率為73Hz 的板件呼吸模態，踏板本體的一階模態振型，頻率為82Hz 的擺彎模態。針對2190rpm 這個峰值點，由于前圍板鈑金存在局部呼吸模態，導致共振引起踏板在此轉速點的峰值共振，而油門踏板本體的82Hz 模態，因距離抱怨頻率點（73Hz）較近，也有可能引起2400rpm 附近的振動加強。

2 方案優化設計及仿真驗證

2.1 方案優化設計

為此，分別針對前圍板和踏板支撐結構進行了工程可行的方案分析，綜合考慮此問題為架構成型的基礎上進行優化，需要進行結構避讓和重量平衡。針對前圍板，依據薄板振動理論[3]由原來的局部光板改成局部成型板，在此基礎上加大加強板的應用面積，增強面積由原來的35%提升至78%的覆蓋率；針對踏板支撐結構，進行薄弱環節[4]的局部加強；同時針對油門踏板本體也進行局部結構優化。

2.2 仿真效果驗證

針對前圍板和支撐結構，依據不同階段分別進行了頻響函數仿真分析，分析結果表明，無論采用極端的臨時方案還是通過前圍板和支撐結構的局部加強，在65～85Hz 頻率范圍內，可以有效降低踏板本體的振動響應，長期可行的工程方案其最大降幅也達8dB；而油門踏板本體的結構優化，其模態頻率也由原來的83Hz 提升至100Hz，可有效降低人體對100Hz 以下的振感。

3 問題改善及效果驗證

根據試驗及仿真分析結果，分別對前圍板、踏板支撐結構以及油門踏板本體進行的工程方案實施。依據長期方案數模，進行車輛的工程制造，基于抱怨工況進行改進后方案效果的實車驗證測評，振動測點參考圖1，測試效果如圖2 和圖3 所示。實車評估結果表明，車輛在全轉速段沒有抱怨，主觀改善明顯，由原來的抱怨程度提升至可接受狀態，圖2 所示的隨轉速頻譜云圖看出，全轉速段沒有明顯的振動凸顯特征，特征變化較為線性，圖3 所示的頻譜總值可以看出，踏板本體的振動響應幅值已經由原來的0.07g 下降至0.02g，且無論是臨時方案還是長期工程方案，振動幅值都下降明顯，線性度較好，與主觀評估相吻合。

4 結論

本文依托實車開發過程中的整車，以油門踏板為研究對象，通過實車測評和仿真分析相結合的手段，快速識別引發油門踏板振動的根本原因，對解決工程NVH 抱怨具有指導性意義。

圖2 油門踏板加速垂向振動頻譜云圖

本文對和振動抱怨頻率吻合的前圍板進行結構加強的基礎上，進一步優化提升油門踏板的模態頻率，減小了前圍板和油門踏板頻率耦合的區間，降低共振產生的風險，實車驗證達到了較好的減振效果。在車輛的工程開發過程當中，對于NVH 性能較為敏感的薄弱環節，因予以重點考慮，有效避開耦合區間。

圖3 油門踏板加速2 階垂向振動幅值

[1](比利時)海倫等著.白化同,郭繼忠譯.模態分析理論及試驗[M].北京:北京理工大學出版社,2001.6.

[2]李德葆,陸秋海著.實驗模態分析及其應用.第一版[M].北京:科學出版社,2001.

[3]龐劍.汽車車身噪聲與振動控制[M]. 北京:機械工業出版社,2015.

[4]王程榮,李功宇,趙曉蕓. 臺式鉆床動態特性的試驗分析與結構動力修改[J].噪聲與振動控制,2012,32(3).