謝貴山 韓啟明

【摘 要】為了解決整車尾門共振異響的問題，文章對尾門振動異響問題進(jìn)行排查，分析鈑金振動的根本原因，運用仿真分析的方法得到尾門的TB模態(tài)，發(fā)現(xiàn)尾門TB模態(tài)偏低，且試驗發(fā)現(xiàn)尾門TB模態(tài)與路面激勵頻率耦合，導(dǎo)致路面激勵振動。通過增加尾門限位塊和尾門約束條件，提高了尾門的TB模態(tài)。通過試驗測量振動異響，發(fā)現(xiàn)增加限位塊后尾門振動異響消失，最終驗證方案的有效性。

【關(guān)鍵詞】NVH；尾門；異響；TB模態(tài)

【中圖分類號】U463.33 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）06-0050-04

0 前言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的不斷提高，汽車逐漸成為人們生活中必不可少的工具，人們對汽車的要求也不斷提高。汽車的噪聲與振動已經(jīng)嚴(yán)重影響到人們的生活，汽車噪聲危害也引起了廣泛的關(guān)注，因此汽車的NVH（振動與噪聲）性能也成為廣大顧客重點關(guān)注的對象。汽車NVH主要包括汽車振動、噪聲、聲品質(zhì)、異響等內(nèi)容。異響問題在汽車NVH問題中非常重要。不正常的異響容易使人產(chǎn)生厭煩、暴躁等心理，同時也使顧客對汽車的質(zhì)量產(chǎn)生非常大的懷疑，因此解決好異響問題能夠迅速地提升汽車品質(zhì)。

汽車異響主要分為干涉異響、摩擦異響和振動異響。干涉異響與摩擦異響大部分都是由于零件干涉或剛度不足引起的。而振動異響比較復(fù)雜，主要是由車身的薄鈑金的振動頻率與激勵頻率振動后產(chǎn)生的低頻輻射噪聲。

本文運用仿真與試驗相結(jié)合的方法，對整車尾門振動異響進(jìn)行了研究。為了解決尾門振動異響的問題，本文對尾門振動異響問題進(jìn)行排查，分析鈑金振動的根本原因，運用仿真分析的方法得到尾門的TB模態(tài)，發(fā)現(xiàn)尾門TB模態(tài)偏低，且試驗發(fā)現(xiàn)尾門TB模態(tài)與路面激勵頻率耦合，導(dǎo)致路面激勵振動。通過增加尾門限位塊和尾門約束條件，提高了尾門的TB模態(tài)。通過試驗測量振動異響，發(fā)現(xiàn)增加限位塊后尾門振動異響消失，最終驗證方案的有效性。

1 鈑金結(jié)構(gòu)振動

鈑金結(jié)構(gòu)的振動非常復(fù)雜，只有一些簡單的鈑金結(jié)構(gòu)振動如簡支的矩形板振動，才能夠得到解析解，其他復(fù)雜結(jié)構(gòu)一般運用有限元的方法獲得其振動特性。車身鈑金一般都是內(nèi)外板，橫梁等交錯組合在一起的鈑金結(jié)構(gòu)，其實際的邊界條件介于簡支和固定之間，但是更接近于簡支板[1]。下面對簡支鈑金結(jié)構(gòu)的振動原理進(jìn)行探討。

如圖1所示，一塊長度為a，寬度為b，厚度為h的矩形鈑金。根據(jù)機(jī)械振動原理，可以得到該鈑金的振動方程。

公式（1）中，ρ為鈑金材料的密度，w為鈑金在z方向的位移，q為鈑金表面的激勵力及載荷；D為鈑金的彎曲剛度（見公式2）。

公式（2）中，E是楊氏模量；μ是泊松比。

對于簡支鈑金結(jié)構(gòu)振動，其振型函數(shù)如下：

將簡支結(jié)構(gòu)的振型函數(shù)式（3）和邊界條件代入鈑金的振動函數(shù)式（1），中可以計算得到該系統(tǒng)的固有頻率。

根據(jù)公式（8）可知，能夠影響鈑金結(jié)構(gòu)的振動模態(tài)的幾何參數(shù)主要有鈑金的長度a、寬度b和厚度h，根據(jù)結(jié)構(gòu)固有模態(tài)推導(dǎo)過程，鈑金結(jié)構(gòu)的邊界條件對模態(tài)也有很大的影響。

2 尾門振動異響分析與模態(tài)分析

2.1 尾門振動異響分析

某車型在過粗糙路面時，尾門會發(fā)出“噠噠噠”的異響。對此，需要分析尾門振動信號與路面振動信號的關(guān)系，同時分析振動異響的聲音信號。因此，在車輪輪心與尾門上布置加速度傳感器且在駕駛員右耳布置麥克風(fēng)（如圖2所示）。

根據(jù)測量得到的聲音信號（如圖3所示），通過回放監(jiān)聽發(fā)現(xiàn)異響聲音頻率為一寬頻信號（如圖4所示），主要集中在400～1 000 Hz。測試得到尾門振動信號與路面?zhèn)魃系募钚盘?，對比發(fā)現(xiàn)在31.5 Hz尾門振動較輪心振動大較多，因此問題點很有可能為31.5 Hz左右。根據(jù)振動異響聲音信號與尾門振動信號，可知發(fā)生異響的直接原因為尾門振動幅值大，與周邊零件碰撞發(fā)出“噠噠噠”的寬頻異響。根據(jù)尾門振動，尾門在31.5 Hz時振動較大，因此可以計算尾門模態(tài)，確定其在31.5 Hz左右是否有共振。

2.2 尾門模態(tài)分析

汽車尾門一般都通過鉸鏈與車身連接，尾門的下部通過鎖與鎖扣安裝，為了更好地限制門的x向振動，在門上安裝了膠塞與側(cè)圍接觸，同時門的周邊都安裝密封膠條，與門洞接觸。

在內(nèi)飾車身（TB）狀態(tài)下的尾門有限元建模，主要是模擬尾門安裝在TB車身上時的振動狀態(tài)。整個尾門鈑金用殼單元模擬，鉸鏈用實體單元模擬，膠塞與密封膠條用彈簧單元模擬，鉸鏈釋放繞y軸的轉(zhuǎn)動，門鎖與鎖扣固定約束。

通過有限元求解，可以得到尾門鈑金的局部模態(tài)為32.5 Hz（如圖5所示），主要振型為x方向的振動。

根據(jù)模態(tài)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，尾門鈑金的局部模態(tài)為32.5 Hz，與激勵頻率非常接近，因此鈑金非常容易被激勵，同時振動幅值也會較大，容易與周邊零件碰撞發(fā)生異響。

3 尾門異響振動虛擬驗證與試驗驗證

3.1 尾門振動異響虛擬驗證

為了提高尾門模態(tài)，可以采用增加加強(qiáng)板、補(bǔ)強(qiáng)膠等方法，但這些方案都不能同時滿足重量與成本的要求。根據(jù)鈑金振動理論分析可知，可以適當(dāng)改變尾門的邊界約束條件，且發(fā)現(xiàn)該尾門沒有設(shè)置限位裝置，因此可以考慮增加限位塊，改變尾門的邊界條件，提高模態(tài)。

在TB模型中，運用彈性單元模擬限位塊，計算尾門安裝在TB車身上的模態(tài)，得到其模態(tài)提高到35 Hz（如圖6所示），錯開激勵頻率約3 Hz，已符合要求。

3.2 尾門振動異響實驗驗證

為了快速驗證增加限位塊方案的效果，可以制作手工件，在側(cè)圍上制作限位塊如圖7所示。主觀感受發(fā)現(xiàn)振動異響聲音消失，客觀測試數(shù)據(jù)如圖8所示，在400～1 000 Hz聲壓明顯減小，因此可以得出該方案有效。

4 結(jié)論

（1）通過對鈑金結(jié)構(gòu)振動的分析可知，鈑金結(jié)構(gòu)振動主要與鈑金的邊界條件和鈑金的幾何參數(shù)有關(guān)。

（2）當(dāng)尾門振動與激勵率耦合時，尾門的振動幅值會迅速增大，從而增大了其與其他零件碰撞的可能性，從而增加了異響的可能性，因此在設(shè)計時需要考慮尾門振動模態(tài)與激勵頻率解耦。

（3）為了解決尾門振動異響的問題，可以通過改變尾門振動的邊界條件，比如采取增加限位塊等方案。

（4）由于限位器不是正式零件，因此在后續(xù)需對正式的限位器的效果進(jìn)行驗證。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]龐劍.汽車車身噪聲與振動控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

[2]余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[3]龐劍，諶剛，何華.汽車噪聲與振動：理論與應(yīng)用[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2006.

[4]黃天澤，黃金陵.汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]