摘 要：基于LMS-Testlab 软件，对长安某量产发动机进行发动机振动测试，判断其表面振动水平。同时，利用测试结果，与仿真计算结果进行对比，确认计算结果的正确性。结果表明，应用LMS-Testlab 系统的发动机振动测试能够准确地获得发动机的振动特性数据。
关键词：LMS-Testlab、发动机、振动测试
1. 前言
在发动机开发的中后期，如何准确地对即将推向市场的产品的性能进行验证显得十分重要，这也是试验工作的重要意义之一。对于发动机的NVH 性能的试验验证工作来说，同样如此。
众所周知，发动机NVH 是个复杂的概念，包括发动机的振动、噪声以及个体对振动和噪声的主观评价等。客观地说，噪声与振动也相互联系，因为发动机一部分噪声由结构表面振动直接辐射，另一部分由发动机燃烧和进排气通过空气传播。除此之外，发动机附件（如风扇）也存在噪声贡献。本文仅考虑发动机结构振动问题，即对发动机表面特性（速度、加速度等）进行试验研究，判断该发动机振动水平，同时与仿真结果进行对比，达到相互验证的目的。
图1 结构噪声产生机理
2. 发动机结构振动测试流程简介
图2 发动机结构振动测试流程
如图 2 所示，发动机结构振动测试流程包括以下几个步骤：
（1）发动机台架安装。将发动机安装上台架，同时连接好线束，连接进、排气管道和燃油管道。
（2）发动机点火。控制试验设备，进行发动机点火，确认发动机能够在各种工况和各转速下能够正常运转。
（3）传感器布点、连线。根据试验要求，选择适当传感器以及布点位置，同时，连接传感器到测试仪器。
（4）采样参数设置。根据试验要求，选择适当的采样参数，包括：频率分辨率、分析频率线数、采样时长、时间步长。
（5）发动机振动测试。发动机点火，对各种工况、转速进行多次振动测试，采集数据。
（6）结果后处理。振动结果主要包括速度级、加速度级（1/3 倍频程）。
3. 实例分析
3.1 分析对象
以一款成熟的直列四缸1.5L 发动机为平台，对其进行台架振动测试，并与分析结果相比较。
发动机的部分参数如下表所示：
3.2 坐标定义
为了便于以后叙述，对动力总成进行了坐标定义，如图3。
图3 动力总成坐标系
3.3 试验安装及传感器布置
参照GB7184-87，在半消声室中进行整机振动测试，如图4 所示。其中，总共对47 处发动机及其外围部件表面进行了测试。本文中选择了3 处传感器试验结果进行分析，包括变速箱支架端（三向传感器）、差速器底部（三向传感器）以及缸体群部中部（单向传感器）。传感器输出为速度信号。
3.4 采样参数及试验工况
本次试验的采样参数如下：
试验工况如表3所示。
3.5 试验结果评判
振动特性与速度响应的高频成分有关（大于400Hz），低频成分则对应于疲劳特性。这里只考虑其振动特性，即400Hz 以上的速度级小于105dB。
3.5.1 变速箱支架端振动结果
图5 变速箱支架端振动结果比较-2000rpm
图6 变速箱支架端振动结果比较-5500rpm
从结果中可以看出，高速时，变速器支架的X 和Y 方向在300Hz 到800Hz 频域内，表面速度级较大，超出了限值。
3.5.2 差速器底部振动结果
从结果中可以看出，各转速下的速度结果都小于限值。因此，差速器底部的振动特性较好。
3.5.3 缸体群部中部振动结果比较
图9 缸体群部中部振动结果-2000rpm 图10 缸体群部中部振动结果-5500rpm
从结果中可以看出，各转速下的速度结果都小于限值。因此，缸体群部中部的振动特性较好。
3.6 试验结果与仿真结果的比较
试验结果和仿真结果同时用1/3倍频程表示。其中，试验结果包括满载、半载和空载，在图中，分别用黑色、红色和蓝色的细线段表示，而仿真结果仅包括满载情况，用矩形粗线段表示。
3.6.1 变速箱支架端振动结果比较
仿真和试验的1/3倍频程结果和Campbell如图11到图13所示。
图11 变速箱支架端振动结果比较-2000rpm 图12 变速箱支架端振动结果比较-5500rpm
图13 变速箱支架端振动结果比较-Campbell
从结果可以看出，X 方向上：
仿真与试验结果都在 4000rpm 以上出现宽频带的响应。
500Hz 以下的频率范围中，仿真与试验结果同时反映出3.5 和5.5 谐次的振动响应，幅值接近105dB。
250～500Hz 范围内，仿真和试验结果的幅值状态也一致。
高速下，高频带 700~800Hz 反映出另一共振区域，但频率稍有差异。
Y 方向上：
仿真与试验结果都明确反映了 2.5 谐次的振动响应。
4500rpm 以上，仿真与试验结果都明确反映出200~700Hz 的宽频带响应，幅值大小也基本一致。
Z 方向上：
仿真与试验结果都明确反映了 2 谐次和3.5 谐次的振动响应。
仿真与试验结果都明确反映出，Z 向振动以300 以下的谐频响应为主，在220Hz 附近受动力总成弯曲模态的影响，但无明显的共振现象发生。
3.6.2 差速器底部振动结果比较
图14 差速器底部振动结果比较-2000rpm 图15 差速器底部振动结果比较-5500rpm
比较仿真和试验结果可以看出，
各个转速下，除低频外，两者在整个分析频域下都比较接近。
低频处的不协调可能是由于悬置橡胶参数的不准确造成的，需要对橡胶参数进行进一步测试。
3.6.3 缸体群部中部振动结果比较
图16 缸体群部中部振动结果比较-2000rpm 图17 缸体群部中部振动结果比较-5500rpm
比较仿真和试验结果可以看出，大部分分析频率范围内，仿真和仿真结果比较接近。
4. 结语
（1）应用LMS-Testlab 软件的发动机振动测试，能够准确地获得发动机的振动特性数据，有力地支撑发动机后期开发工作。
（2）同时，应用LMS-Testlab 软件能够进行发动机辐射噪声测试、间接的燃烧噪声测试以及零件声功率贡献量分析等。
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