二、原因分析
发动机处于怠速工况时，车身处于静止状态。车身受到的激励全部来自于发动机。发动机的激励通过悬置向车身传递，引起车身振动，如转向盘、座椅振动。严重时整个车身都在抖动，严重影响乘坐舒适性。
发动机的激励通过悬置系统向车身传递。悬置对激励具有衰减作用，如果悬置的衰减没有达到预期效果，将会导致传递到车身的力过大，引起车身振动。
车身的弯曲模态和转向盘的弯曲模态与发动机怠速激励频率很接近，很容易产生共振。特别是车身的弯曲模态，很难避开发动机怠速激励。
1.发动机激励
PP-3样车装配的是直列四缸发动机，曲轴系统没有专门的平衡机构。发动机激励主要包括缸内气体爆发产生的转矩和往复惯性质量运动引起的转矩和惯性力。
发动机的激振力主要包括气体爆发压力和往复惯性力两部分，如图9.1.2所示。爆发压力是由一系列与旋转次数相关的谐和成分构成。这些谐和成分的系数随着负荷的大小而变化，通常是按照试验测得的值给定的。对于4缸发动机而言，对4个气缸进行叠加后，仅剩余2次成分及其谐和成分，这部分是占主导地位的。
往复惯性力包括上下和旋转两部分，但是上下方向激振力作为内力是可以抵消掉的。引起动力总成振动的激振力，是转矩反力，也就是旋转惯性矩，按式（9.1）计算：
-πD2r[b2sin（2ωt）+a2cos（2ωt）] （9.1）
式中，D为缸径；r为曲拐半径；a2、b2为调谐系数。
另一方面，根据发动机的机构力学，往复惯性力由往复惯性质量、连杆长、曲拐半径等参数求得。对四个气缸进行叠加，上下方向仅剩余2次成分，旋转成分也同样只剩余2次成分。往复惯性力与发动机转速的平方成正比例增大。
上下部分：4m/grω2e2cos（2ωt） （9.2）
e2=λ+λ3/4，λ=r/l（连杆比），
式中，r为曲拐半径；l为连杆长；m为往复惯性质量。
旋转部分： 4m/grω2f2sin（2ωt） （9-3）
f2=0.5+λ4/32
怠速时，由于负荷较低，旋转系统的摩擦系数有一定的偏差，所以怠速有一定的变动范围。例如AT车，换D位或打开空调时，由于负荷增加，爆发压力会增大。
受这些激振力的作用，发动机旋转振动的实际测量值，同其他多缸机对比，4缸机（C2）成分最大，V6（C3）、V8（C4）逐渐变低，多缸机是占有优势的。以发动机安装部位为响应点，来描述在怠速领域时动力总成的运动轨迹，可以看出往复惯性力和爆发压力，或者是上下激振力和旋转激振力，是具有一定的相位差的。为了从根本上降低4缸机的激振力，安装2次回转平衡块的做法，在汽车上已经有应用的实际案例。调整平衡块的布置，不仅惯性力能够降低，爆发压力也有降低的可能性，但是要想做到从低负荷到高负荷的全范围内降低激振力，是非常困难的。
综上所述，PP-3样车发动机的激励以2阶成为分主，怠速关空调时发动机转速为750r/min，对应的2阶激励为25Hz，4阶激励为50Hz。
2.转向盘模态
转向系统模态是NVH性能开发中重要的指标。为了避免出现怠速抖动、高速摆振等NVH问题，要求转向系统模态至少不能低于35Hz。PP-3样车在设计过程中进行了详细的转向系统模态对标。如表9.1.2所示为转向系统重量对标情况。保证重量一致是确保分析结果精度的前提。(https://www.daowen.com)
图9.1.2 发动机激振力
表9.1.2 转向系统重量对标
转向系统模态对标结果如表9.1.3所示。为了保证转向系统的模态对标精度，对转向系统模态目标进行了分解，逐级进行对标，最终保证整个转向系统的对标精度。
表9.1.3 转向系统模态对标结果
转向盘除了上表中的一阶弯曲、扭转模态以外，还包括很多阶模态。如图9.1.3所示为转向盘模态识别结果，图中圆圈标记处，包含转向盘的多阶模态，分布在45～50Hz范围内。这而一频率与发动机的四阶激励非常接近。
3.车身模态
车身模态也是确保不出现怠速振动的重要指标。为了了解车身模态分布，对整车及TB（Trimmed Body，内饰车身）状态进行了模态分析，分析结果如表9.1.4所示。
图9.1.3 转向盘模态识别结果
表9.1.4 车身及转向盘模态分析结果
通过模态对标，确保了分析模型的准确性。可以在该模型的基础上进行下一步的优化。
从上述结果可以看出，车身的一阶弯曲模态与发动机怠速激励非常接近，很容易被激发起来，引起车身振动，并带动转向盘振动。
4.原因分析
通过以上分析，可以确定PP-3样车怠速振动的发生原因。即，25Hz处的振动峰值是发动机二阶激励激发了车身的一阶弯曲模态，使得整车以及转向盘都在振动。50Hz处的振动峰值是发动机四阶激励激发了转向系统的弯曲模态。
为了进一步验证上述结论，对PP-3样车怠速振动进行了模拟计算，并与测试结果进行了对比。激励来自于实车测试，由试验部门提供。
图9.1.4为怠速关空调工况时的转向盘振动对比结果，图9.1.5为怠速开空调工况时的转向盘振动对比结果。可以看出，模拟结果与前面推测的结果非常一致，这也进一步验证了前面的判断。