翟志雄　黃志亮

摘 要：某車輛在加速過程中當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在3500rpm左右時(shí)存在明顯轟鳴聲，該轉(zhuǎn)速段附近為常用轉(zhuǎn)速段，嚴(yán)重影響乘客主觀感受及車輛品質(zhì)，通過試驗(yàn)與仿真分析相結(jié)合的方法，從噪聲源及傳遞路徑對轟鳴聲產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析和驗(yàn)證，確認(rèn)該轟鳴聲受動力總成標(biāo)定、長半軸、前副車架、右前縱梁局部模態(tài)共同影響，綜合考慮可實(shí)施性與成本，逐一解決，達(dá)到消除轟鳴聲的效果。

關(guān)鍵詞：轟鳴聲 標(biāo)定 模態(tài) 動力吸振器

1 前言

當(dāng)今社會汽車逐漸普及，使消費(fèi)者對車輛的靜態(tài)與動態(tài)的要求越來越高。車輛的NVH性能是衡量整車性能的重要指標(biāo)，而加速轟鳴聲作為NVH性能評價(jià)的關(guān)鍵項(xiàng)目，在開發(fā)過程中應(yīng)加以避免。對于搭載四缸發(fā)動機(jī)的車輛，高轉(zhuǎn)速的轟鳴聲大多為發(fā)動機(jī)二階激勵(lì)與半軸、前副車架、前縱梁模態(tài)耦合，引起車內(nèi)轟鳴激勵(lì)通過半軸和懸置傳遞至車身，引起局部鈑金件或結(jié)構(gòu)模態(tài)被激發(fā)從而引發(fā)人耳強(qiáng)烈的壓耳感。

本文以開發(fā)過程中的某款車輛為例，通過試驗(yàn)與仿真分析相結(jié)合的方法，確認(rèn)引起車內(nèi)轟鳴的主要部件，從而通過ECU和TCU標(biāo)定優(yōu)化、長半軸加雙模動力吸振器、前副車架加A字復(fù)合加強(qiáng)梁且增加焊點(diǎn)、前縱梁根部斜向支撐四種方案改善車內(nèi)轟鳴聲。

2 問題描述

某車輛在加速過程中，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在3500rpm附近時(shí)，駕駛員耳旁可以聽到明顯轟鳴聲，壓耳感嚴(yán)重，但后排駕乘人員無此相關(guān)感受。通過3檔全油門加速工況采集主駕右耳總聲壓級曲線和2階、4階、6階次噪聲曲線，可以看出在3500rpm附近2階次曲線峰值突出，接近72dB（A），緊挨總聲壓級曲線，因此可以判斷該轟鳴產(chǎn)生的主要貢獻(xiàn)量為2階次噪聲，如圖1所示。

由于該轎車搭配四缸四沖程發(fā)動機(jī)，因而根據(jù)其本身固有特性，可以計(jì)算出點(diǎn)火頻率為[1]

其中i為噪聲與振動的階次，n為發(fā)動機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)速，因此可以計(jì)算出發(fā)動機(jī)在3500轉(zhuǎn)附近2階次噪聲頻率為117Hz左右。

3 問題排查和驗(yàn)證

3.1 動力總成標(biāo)定

扭振測試發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)在3500rpm附近扭振比較嚴(yán)重，通過對ECU數(shù)據(jù)更新降扭（節(jié)氣門開度50%-80%，3200rpm-4000rpm范圍內(nèi)降扭5%）和調(diào)整TCU換擋線使在問題轉(zhuǎn)速段降低檔位縮短加速通過時(shí)間，客觀測試結(jié)果顯示車內(nèi)二階轟鳴聲在3500rpm附近總級降低2-3dB（A），二階降低5dB（A），如下圖2所示，主觀感受加速線性較好。

3.2 長半軸

對長半軸進(jìn)行模態(tài)測試，長半軸在118Hz左右存在模態(tài)，如下圖3所示，與車內(nèi)轟鳴聲頻率相對應(yīng)。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在3500rpm左右時(shí)，發(fā)動機(jī)二階激勵(lì)引起的長半軸共振，需要在半軸上加動力吸振器解決。

動力吸振器技術(shù)主要分為主動式、半主動式、被動式吸振三種方式，這三種技術(shù)由于所具有的不同優(yōu)缺點(diǎn)，從而廣泛地應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，而被動式吸振器由于其低成本、高功率密度、高可靠性和對窄頻段具有良好的吸振效果從而廣泛應(yīng)用于車輛調(diào)校領(lǐng)域[2]，將半軸視為一個(gè)單自由度振動系統(tǒng)，在振動模態(tài)較大的中心增加被動式動力吸振器，即可構(gòu)成一個(gè)兩自由度質(zhì)量振動系統(tǒng)，從而可以有效地抑制半軸該頻率的振動，圖4為此振動系統(tǒng)等效模型。

等效模型運(yùn)動方程為

假設(shè)系統(tǒng)做簡諧運(yùn)動帶入上式可解出與的關(guān)系

回帶得到

顯然設(shè)計(jì)吸振器的目標(biāo)是為了減弱原系統(tǒng)振幅大小。根據(jù)主振系統(tǒng)質(zhì)量和固有頻率選擇吸振器質(zhì)量，計(jì)算質(zhì)量比，并確定最佳頻率比，從而確定吸振器彈簧剛度。

根據(jù)這個(gè)原理在長半軸加103Hz/580g+

560Hz/240g雙模動力吸振器后，加速3500rpm左右二階噪聲下降5 dB（A）左右，如下圖5所示，主觀評價(jià)車內(nèi)前排轟鳴聲明顯降低。

3.3 前副車架

對前副車架進(jìn)行模態(tài)測試，前副車架在120Hz存在模態(tài)，從振型可以看出該模態(tài)為車身前縱梁與前副架的整體模態(tài)，與轟鳴點(diǎn)頻率相吻合，如下圖6所示。

前副車架上下板之間增加A字形復(fù)合加強(qiáng)梁，分別與上下板焊接，厚度2.0mm，如下圖7所示，增加后提高副車架Z向剛度，CAE分析可降低后懸置被動端安裝點(diǎn)響應(yīng)，見下圖8所示，試驗(yàn)驗(yàn)證加速3500rpm左右二階噪聲下降5-8dB（A）左右，見下圖9所示。

3.4 右前縱梁

從CAE仿真和試驗(yàn)?zāi)B(tài)識別結(jié)果來看，右前縱梁120Hz附近峰值較小且以Y向?yàn)橹?，整車加速工況下縱梁屬于強(qiáng)迫響應(yīng)，縱梁根部加斜向支撐仍然對縱梁的剛度及整車的穩(wěn)健性有益，右前縱梁振動響應(yīng)和Y向傳遞函數(shù)在120Hz左右峰值明顯降低，見下圖10-圖12所示。

4 綜合方案驗(yàn)證

將以上四種方案即ECU和TCU標(biāo)定優(yōu)化、長半軸加雙模動力吸振器、前副車架加A字復(fù)合加強(qiáng)梁且增加焊點(diǎn)、前縱梁根部斜向支撐在整車上全部體現(xiàn)后進(jìn)行測試驗(yàn)證和主觀評價(jià)，測試結(jié)果顯示加速3500rpm附近駕駛員右耳噪聲總級降低3-4dB（A），二階噪聲下降4-6 dB（A），詳見下圖13所示，主觀評價(jià)加速轟鳴聲可以接受。

5 總結(jié)

針對某車輛高轉(zhuǎn)速轟鳴問題，首先要確定轟鳴聲的特性以找到激勵(lì)源，其次通過CAE仿真與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合方式來確定對轟鳴聲貢獻(xiàn)大的結(jié)構(gòu)部位。在轟鳴聲控制方面，提出優(yōu)化動力總成標(biāo)定、長半軸加雙模動力吸振器、前副車架加A字復(fù)合加強(qiáng)梁且增加焊點(diǎn)、前縱梁根部斜向支撐來削弱結(jié)構(gòu)模態(tài)和聲腔模態(tài)的耦合作用。通過試驗(yàn)證明了分析方法的正確性以及控制方法的有效性。為新車開發(fā)過程中提供目標(biāo)值設(shè)定依據(jù)，推薦主要部件結(jié)構(gòu)頻率及響應(yīng)的合理性，預(yù)測新產(chǎn)品NVH性能，從而大大縮短研發(fā)周期，降低開發(fā)成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]佟德純. 工程信號處理及應(yīng)用[M].上海：上海交通大學(xué)出版社.1989.

[2]背戶一登. 動力吸振器及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械出版社.2013.

[3]龐劍. 汽車噪聲與振動-理論應(yīng)用[M].北京：北京理工大學(xué)出版社.2008.