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        懸置系統(tǒng)動(dòng)剛度對(duì)整車(chē)NVH性能的影響和優(yōu)化

        2018-07-26 13:11:28任爽宮振興蘇少博
        汽車(chē)實(shí)用技術(shù) 2018年13期
        關(guān)鍵詞:力臂膜片駕駛室

        任爽,宮振興,蘇少博

        (華晨汽車(chē)工程研究院底盤(pán)集成工程室,遼寧 沈陽(yáng) 110141)

        前言

        汽車(chē)作為日常出行的交通工具已經(jīng)進(jìn)入了千家萬(wàn)戶(hù),消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)的 NVH性能要求也越來(lái)越高。因此汽車(chē)應(yīng)具有良好的NVH性能。整車(chē)駕駛室內(nèi)加速噪聲的大小是NVH性能優(yōu)劣最直接的表現(xiàn),進(jìn)而影響乘客的舒適性和駕乘感受。動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)連接發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、車(chē)身和底盤(pán),是衰減發(fā)動(dòng)機(jī)不平衡激勵(lì)振動(dòng)的最主要的隔振元件。完美的懸置動(dòng)、靜剛度設(shè)計(jì)會(huì)使得懸置的隔振性能發(fā)揮到最大極限,從而降低駕駛室內(nèi)的噪聲,是提高乘坐舒適性并改善 NVH性能的重要因素之一。

        文章基于某一車(chē)型在加速過(guò)程中駕駛室內(nèi)噪聲過(guò)大現(xiàn)象,通過(guò)優(yōu)化動(dòng)力總成兩個(gè)位置的懸置動(dòng)剛度特性的方法來(lái)降低此噪聲并提高了 NVH性能,為以后的動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了方法和大體方向。

        1 NVH問(wèn)題現(xiàn)象的產(chǎn)生和影響因素

        某車(chē)型在全油門(mén)加速過(guò)程中,駕駛室內(nèi)整體噪聲偏大并伴隨轟鳴聲音,尤其在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2100rpm~4500rpm之間感覺(jué)最為明顯。這種噪聲會(huì)嚴(yán)重影響乘員的乘坐舒適性和車(chē)輛的整體聲品質(zhì), 令人不可接受。在駕駛室前排駕駛員座椅右耳處用麥克風(fēng)客觀測(cè)試了該車(chē)駕駛室內(nèi)的三維瀑布圖,由圖中顯示正是在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2100rpm~4500rpm之間有共振并導(dǎo)致轟鳴的出現(xiàn),如圖1所示。

        圖1 實(shí)測(cè)某車(chē)型的三維瀑布圖

        經(jīng)過(guò)多輪詳細(xì)的排查和客觀測(cè)試,分析發(fā)現(xiàn)造成加速過(guò)程中駕駛室內(nèi)噪聲大的主要影響因素有多種。如表1所示。對(duì)于該車(chē)型所搭載的發(fā)動(dòng)機(jī)其扭矩和功率都較大,即發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)源較大,是造成駕駛室內(nèi)噪聲的最主要影響因素。但是通過(guò)懸置系統(tǒng)其橡膠的隔振作用是可以有效的衰減由發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)不平衡所帶來(lái)的振動(dòng)和減小噪聲的。懸置系統(tǒng)有效隔振的前提是懸置在車(chē)身安裝點(diǎn)處的原點(diǎn)動(dòng)剛度要足夠大,也就是要求有足夠強(qiáng)的車(chē)身安裝點(diǎn)剛度作為基礎(chǔ)。根據(jù)基本的隔振理論,懸置的隔振能力即隔振量是由發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)主動(dòng)端振動(dòng)和車(chē)身側(cè)或副車(chē)架側(cè)的被動(dòng)端懸置振動(dòng)大小的關(guān)系決定的,也同樣是由懸置在車(chē)身安裝點(diǎn)處的原點(diǎn)動(dòng)剛度和懸置自身動(dòng)剛度的大小決定的。由此說(shuō)明了在整車(chē)加速過(guò)程中如果懸置在有預(yù)載下的動(dòng)剛度偏大或是懸置在車(chē)身安裝點(diǎn)處的原點(diǎn)動(dòng)剛度偏小,懸置都將不會(huì)有足夠的隔振量,這樣就會(huì)導(dǎo)致懸置的隔振能力變差,會(huì)加劇駕駛室內(nèi)的振動(dòng)和噪聲。為了解決這個(gè)NVH問(wèn)題,一種方法是增大懸置在車(chē)身安裝點(diǎn)的動(dòng)剛度,另一種方法就是通過(guò)降低懸置的動(dòng)剛度來(lái)增大懸置的隔振量,進(jìn)而解決NVH問(wèn)題。本文所采用的降低懸置動(dòng)剛度的思路和方法也正是基于以上的理論。

        除此之外,車(chē)身短縱梁密封發(fā)泡、進(jìn)氣管路安裝點(diǎn)、艙壁隔音墊、暖通箱水管、高低壓管及進(jìn)風(fēng)口開(kāi)口密封泡棉也是造成駕駛室內(nèi)噪聲大的關(guān)鍵因素,需要對(duì)應(yīng)采取措施綜合優(yōu)化后才能更好解決此NVH問(wèn)題。

        2 扭力臂懸置動(dòng)剛度的優(yōu)化

        本文中的車(chē)型是橫置動(dòng)力總成,采用鐘擺式三點(diǎn)懸置布置,其中扭力臂懸置在整車(chē)坐標(biāo)系Z方向上不受力,最主要的作用是在X方向起到“抗扭”和限制動(dòng)力總成位移和轉(zhuǎn)角的作用。優(yōu)化并降低扭力臂懸置的主方向(即整車(chē)X方向)的動(dòng)剛度要同時(shí)滿(mǎn)足幾個(gè)關(guān)鍵因素才可行。最主要是橡膠的疲勞耐久,橡膠硬度(邵氏硬度)由原來(lái)的50降低到40之后必須要保證橡膠主簧的臺(tái)架驗(yàn)證和路試驗(yàn)證通過(guò)才可行;其次,為了限制動(dòng)力總成位移和轉(zhuǎn)角和整車(chē)的駕駛性還得保證懸置的靜剛度、前進(jìn)檔以及倒退檔的線性段要基本一致?;谝陨蠋c(diǎn)同時(shí)考慮,為了降低懸置的動(dòng)剛度,需要將橡膠的硬度降低的同時(shí),優(yōu)化了橡膠主簧的形狀,主簧的寬度由原來(lái)的25mm增大到30mm,兩個(gè)主簧的人字形夾角由原來(lái)的95°變?yōu)?0°,而且橡膠主簧的金屬內(nèi)芯結(jié)構(gòu)也做了相應(yīng)的調(diào)整。具體變化參見(jiàn)圖2、圖3和表2。

        圖2 優(yōu)化前

        圖3 優(yōu)化后

        表2 優(yōu)化前后橡膠參數(shù)對(duì)比

        扭力臂懸置結(jié)構(gòu)優(yōu)化后,用測(cè)試橡膠動(dòng)、靜態(tài)剛度的試驗(yàn)臺(tái)MTS831.5測(cè)量新的扭力臂懸置在X方向有預(yù)載條件下的動(dòng)剛度大小。在測(cè)試振幅為:±0.1mm,頻率為:0~400Hz的條件下對(duì)比優(yōu)化前后兩個(gè)扭力臂懸置的動(dòng)剛度曲線,發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的懸置動(dòng)剛度明顯比優(yōu)化前降低很多,如圖4所示。

        圖4 優(yōu)化前后扭力臂懸置動(dòng)剛度對(duì)比曲線

        3 液壓發(fā)動(dòng)機(jī)懸置動(dòng)剛度的優(yōu)化

        該車(chē)型所使用的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置為慣性通道-解耦盤(pán)式的第二代液壓懸置。該結(jié)構(gòu)主要的組成部分為:金屬外殼、內(nèi)嵌件、懸置支臂、橡膠主簧、下液室、慣性通道流道板、解耦膜片、上節(jié)流板和上液室等,如圖 5所示。橡膠主簧的主要作用是支撐動(dòng)力總成重量。而液壓部分是由兩個(gè)相互獨(dú)立又相互連同的上下兩個(gè)液室通過(guò)慣性通道和解耦膜片組成,液室之間有能產(chǎn)生較大阻尼作用的孔洞和流道。

        圖5 發(fā)動(dòng)機(jī)液壓懸置內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)

        表3 優(yōu)化前后,發(fā)動(dòng)機(jī)懸置流道內(nèi)參數(shù)對(duì)比

        液壓懸置分為低頻(0~50Hz)大振幅激勵(lì)和高頻(50~400Hz)小振幅激勵(lì)不同情況下考慮。在低頻(0~50Hz)大振幅激勵(lì)時(shí),懸置內(nèi)的液體經(jīng)過(guò)慣性通道在上下液室之間往復(fù)流動(dòng),在液體流動(dòng)的過(guò)程中產(chǎn)生液路阻尼,慣性通道內(nèi)的液體在振動(dòng)的過(guò)程中就會(huì)有慣性阻尼效果,這種大阻尼對(duì)于車(chē)輛過(guò)減速帶或搓板路等大振幅時(shí)有很好的減振效果。在高頻(50~400Hz)小振幅激勵(lì)時(shí),由于解耦膜片與上節(jié)流板間隙還有與慣性通道流道板間隙的液體阻力小于慣性通道內(nèi)的阻力,液體可以在解耦膜片的縫隙中進(jìn)行流動(dòng),從而減小了液室內(nèi)的體積剛度,改善了懸置在100Hz之內(nèi)的動(dòng)態(tài)硬化現(xiàn)象。但是在頻率100~400Hz之間還是很大,是由于激勵(lì)頻率急劇增大后,解耦膜片與上節(jié)流板間隙還有與慣性通道流道板間隙之間的液體阻力大于了慣性通道內(nèi)的阻力,液體不能在解耦膜片的縫隙中進(jìn)行自由流動(dòng),導(dǎo)致液體體積剛度急劇增大,懸置動(dòng)剛度變大。本文中通過(guò)改變解耦膜片硬度從50SHA降低到40SHA,會(huì)使得解耦膜片的低硬度、低剛度區(qū)域產(chǎn)生較順暢的彈性變形,抑制了上下液室的體積變化使得上下液室的波動(dòng)很小。還有加大了解耦膜片⑦與上節(jié)流板⑧間隙和解耦膜片⑦與慣性通道流道板⑥的間隙,同時(shí)減少慣性通道流道板⑥的厚度等手段也會(huì)使得在中高頻率 100~400Hz解耦膜片縫隙中的液體流動(dòng)阻力相對(duì)減少,液體可以相對(duì)優(yōu)化之前流動(dòng)的更順暢一些。具體的參數(shù)變化如表3所示。

        通過(guò)以上參數(shù)的優(yōu)化進(jìn)而降低了發(fā)動(dòng)機(jī)懸置 Z向動(dòng)剛度。用MTS831.5實(shí)測(cè)動(dòng)剛度曲線,如圖6所示。

        圖6 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置Z向動(dòng)剛度曲線對(duì)比

        4 懸置優(yōu)化前后駕駛室內(nèi)NVH噪聲對(duì)比

        通過(guò)扭力臂懸置和液壓發(fā)動(dòng)機(jī)懸置參數(shù)優(yōu)化后,其動(dòng)剛度都在中高頻率段有所降低。換上優(yōu)化后降低動(dòng)剛度的兩個(gè)懸置,主觀評(píng)價(jià)駕駛室內(nèi)的噪聲可以接受;客觀測(cè)試其駕駛室內(nèi)噪聲降低了大約2dB左右。對(duì)比分析,如圖7所示。

        圖7 優(yōu)化前后的駕駛室內(nèi)NVH噪聲對(duì)比

        5 結(jié)論

        通過(guò)優(yōu)化懸置結(jié)構(gòu)和內(nèi)部參數(shù)降低了扭力臂懸置和液壓發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的動(dòng)剛度,解決了駕駛室內(nèi)NVH噪聲大的問(wèn)題。說(shuō)明此優(yōu)化方案是可行并有效的,對(duì)解決實(shí)際工程上的NVH問(wèn)題有一定指導(dǎo)意義。

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