周文斌 蔣子慶 潘先權(quán) 李林波

【摘 要】前置后驅(qū)的微型車，傳動(dòng)軸中間支撐軸承距離車身地板高度較大，導(dǎo)致該區(qū)域車身地板NVH性能較差。文章通過對(duì)某前置后驅(qū)微型車傳動(dòng)軸中間安裝支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，采用CAE輔助分析，提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，改善了該位置車身的NVH性能。

【關(guān)鍵詞】傳動(dòng)軸中間安裝支架；結(jié)構(gòu)改進(jìn)；CAE分析；動(dòng)剛度；NVH性能

【中圖分類號(hào)】TB533.2 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）11-0031-03

0 引言

在汽車行業(yè)，噪聲、振動(dòng)、舒適性統(tǒng)稱為車輛的NVH性能，它是衡量汽車制造質(zhì)量的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，是給用戶最直接、最表面的感受[1]。

剛度是材料或結(jié)構(gòu)在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力，是材料或結(jié)構(gòu)彈性變形難易程度的表征。動(dòng)剛度是系統(tǒng)受到的動(dòng)態(tài)力與產(chǎn)生的位移之比。動(dòng)剛度與結(jié)構(gòu)傳入的能量成反比，因此關(guān)鍵連接點(diǎn)的動(dòng)剛度需要足夠大以減少結(jié)構(gòu)傳入的能量；動(dòng)剛度過低易引起更大的振動(dòng)噪聲。因此，該性能指標(biāo)對(duì)整車NVH性能有較大影響，是在整車NVH分析中需要首先考慮的因素。

傳動(dòng)軸與起步裝置、變速器、四輪驅(qū)動(dòng)裝置、主減速器、動(dòng)力輸出裝置等構(gòu)成汽車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)[2]。在前置發(fā)動(dòng)機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)的車輛中，發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力從變速器通過主減速裝置，最終由輪胎傳遞給路面，傳動(dòng)軸的功能是在這中間過程中進(jìn)行相隔兩點(diǎn)之間的動(dòng)力傳遞[2]。當(dāng)汽車軸距較長或最高速度較高時(shí)，傳動(dòng)軸采用兩節(jié)式[3]，此時(shí)采用中間支撐軸承來支撐傳動(dòng)軸的中間部位，并通過橡膠等彈性體裝置將它裝在車身或車架上[2]。

由于兩節(jié)式傳動(dòng)軸中間部位安裝在車身上，在車輛行駛過程中，其不可避免會(huì)將振動(dòng)傳遞給車身，本文主要針對(duì)某前置后驅(qū)微型車傳動(dòng)軸中間安裝部位車身NVH性能較差的問題，采用CAE輔助分析手段，探討如何改善該位置車身的NVH性能，為今后進(jìn)一步優(yōu)化該類車型的車身剛度和性能的設(shè)計(jì)提供一些借鑒和參考。

1 問題描述

在車輛行駛過程中，某前置后驅(qū)微型車傳動(dòng)軸中間安裝點(diǎn)區(qū)域車身地板抖動(dòng)較大，且存在轟鳴聲。嘗試在“幾”字形傳動(dòng)軸安裝支架內(nèi)部增加封板一和封板二進(jìn)行支撐，但效果不是非常明顯。某車型傳動(dòng)軸中間安裝區(qū)域結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 問題分析

2.1 傳動(dòng)軸的原因

由于傳動(dòng)軸連接變速器及減速裝置，在車輛行駛過程中其本身高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)路面凹凸不平、車輛加減速振動(dòng)，都會(huì)在傳動(dòng)軸與地板連接處將振動(dòng)傳遞給車身，導(dǎo)致車身產(chǎn)生共振等，致使車身地板NVH性能差。

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該前置后驅(qū)微型車傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)與公司另一款前置后驅(qū)MPV車型結(jié)構(gòu)完全相同，傳動(dòng)軸與托架的連接方式、托架及托架與車身地板的連接方式也完全相同，因此排除由于傳動(dòng)軸方面的原因?qū)е略搮^(qū)域地板NVH性能差。

2.2 傳動(dòng)軸中間安裝支架的原因

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，由于總布置的需求，該前置后驅(qū)微型車傳動(dòng)軸中間安裝點(diǎn)距離車身地板高度與公司另一款前置后驅(qū)MPV車型相差非常大，該車型高度達(dá)159.2 mm，而后者高度僅為32.2 mm。車身支架都是薄板結(jié)構(gòu)，厚度為1.2～1.5 mm，而整個(gè)傳動(dòng)軸總成重量約15 kg，且支架太高。由剛度公式可知，支架越高，剛度越差，進(jìn)而導(dǎo)致車身地板隨傳動(dòng)軸的運(yùn)行產(chǎn)生劇烈抖動(dòng)并產(chǎn)生轟鳴聲。

3 方案的制訂及確認(rèn)（解決問題）

3.1 方案的制訂

為解決傳動(dòng)軸中間安裝點(diǎn)車身地板NVH差的問題，需要對(duì)該區(qū)域傳動(dòng)軸安裝支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。由于導(dǎo)致問題發(fā)生的根源是傳動(dòng)軸中間安裝點(diǎn)距離車身地板高度太大，剛度不足，所以改進(jìn)的方向是設(shè)法降低車身支架或傳動(dòng)軸安裝點(diǎn)的高度，提升安裝點(diǎn)剛度。經(jīng)分析制訂如下方案。

方案一：傳動(dòng)軸安裝支架材料及厚度保持不變，將其高度降低至35 mm左右（高度與公司另一款前置后驅(qū)MPV車型相當(dāng)），傳動(dòng)軸托架由原“一”字形改成“幾”字形（如圖2所示）。

方案二：在方案一的基礎(chǔ)上，將“幾”字形傳動(dòng)軸托架反向安裝，使之由原來托住傳動(dòng)軸的狀態(tài)改為懸掛傳動(dòng)軸的狀態(tài)（如圖3所示）。

方案三：在方案二的基礎(chǔ)上，保持傳動(dòng)軸安裝支架厚度t=1.5 mm不變，將其高度增加至70 mm左右，并優(yōu)化傳動(dòng)軸托架的結(jié)構(gòu)，使之由單層板“幾”字形支架結(jié)構(gòu)，變成由2個(gè)厚度t=2.0 mm的“幾”字形支架焊接而成的腔體式結(jié)構(gòu)（如圖4所示）。

3.2 方案分析

對(duì)方案一進(jìn)行底盤關(guān)鍵硬點(diǎn)動(dòng)剛度分析，傳動(dòng)軸中間支撐點(diǎn)各向動(dòng)剛度見表1。

對(duì)方案2進(jìn)行底盤關(guān)鍵硬點(diǎn)動(dòng)剛度分析，傳動(dòng)軸中間支撐點(diǎn)各向動(dòng)剛度見表2。

對(duì)方案3進(jìn)行底盤關(guān)鍵硬點(diǎn)動(dòng)剛度分析，傳動(dòng)軸中間支撐點(diǎn)各向動(dòng)剛度見表3。

從CAE的分析結(jié)果看出，方案一中傳動(dòng)軸中間支撐點(diǎn)在50 Hz時(shí)X向動(dòng)剛度和160 Hz時(shí)Y向動(dòng)剛度不滿足要求；方案二中傳動(dòng)軸中間支撐點(diǎn)在50 Hz時(shí)Z向動(dòng)剛度和200 Hz時(shí)X向動(dòng)剛度不滿足要求；方案三傳動(dòng)軸中間支撐點(diǎn)各向動(dòng)剛度均滿足要求且剛度大幅度提升。

4 方案確認(rèn)和實(shí)施

最終選定方案三：傳動(dòng)軸安裝支架厚度t=1.5 mm不變，將其高度增加至70 mm左右，并優(yōu)化傳動(dòng)軸托架的結(jié)構(gòu)，將其做成由2個(gè)厚度t=2.0 mm的 “幾”字形支架焊接而成的腔體式結(jié)構(gòu)，反向安裝，傳動(dòng)軸“懸掛”于其上。經(jīng)驗(yàn)證，該方案通過提高傳動(dòng)軸中間安裝點(diǎn)各向的動(dòng)剛度，解決了傳動(dòng)軸中間安裝點(diǎn)區(qū)域地板轟鳴的問題。

5 總結(jié)

通過對(duì)某前置后驅(qū)微型車傳動(dòng)軸中間安裝支架進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，對(duì)于該類車型傳動(dòng)軸中間安裝點(diǎn)區(qū)域結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總結(jié)如下：傳動(dòng)軸中間安裝點(diǎn)與車身距離應(yīng)盡量小，當(dāng)該距離不能再縮小時(shí)，應(yīng)考慮同時(shí)提升車身傳動(dòng)軸安裝支架與傳動(dòng)軸托架的剛度，且優(yōu)先考慮剛度較好的腔體式結(jié)構(gòu)；對(duì)于傳動(dòng)軸中間安裝點(diǎn)設(shè)計(jì)，車身工程師應(yīng)與底盤工程師密切溝通，并要求NVH工程師前期參與評(píng)估。此次問題的改進(jìn)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化，為后續(xù)同類車型提供了很好的設(shè)計(jì)案例，對(duì)今后的設(shè)計(jì)有很大的指導(dǎo)意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]劉顯臣.汽車NVH綜合技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[2]日本自動(dòng)車技術(shù)會(huì).汽車工程手冊4：動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)篇[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2010.

[3]童敏勇，孟杰.汽車底盤構(gòu)造[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]