成傳勝 王昱昕 徐作文 陳馨蕊

摘 要：某型車在研發(fā)階段，后排乘客在50Hz左右出現(xiàn)轟鳴。本文針對此問題，首先對原因進(jìn)行分析，然后再利用Hyperworks分別計(jì)算實(shí)車聲腔及后背門模態(tài)。結(jié)合分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)聲腔模態(tài)與后背門局部模態(tài)共振，然后對后背門進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，避開聲腔模態(tài)。經(jīng)過實(shí)車路試驗(yàn)證，優(yōu)化方案降低2dB（A），滿足性能要求，解決了實(shí)際工程問題，縮短了開發(fā)周期，降低了成本。此分析方法對同類零部件的分析具有重要的技術(shù)指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：轟鳴；聲腔；后背門；共振；優(yōu)化設(shè)計(jì)；實(shí)車驗(yàn)證

中圖分類號：U462 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）13-0077-02

1 前言

隨著汽車市場競爭的日益激烈，消費(fèi)者對汽車的乘坐舒適性和駕乘環(huán)境的要求越來越高，NVH性能作為重要的法規(guī)和競爭指標(biāo)在產(chǎn)品競爭中體現(xiàn)的越來越舉足輕重。振動噪聲控制和研究更加受到重視，作為整車性能開發(fā)，對于車內(nèi)振動噪聲最為關(guān)心的主要是低頻振動和噪聲[1]。本文結(jié)合某型車在研發(fā)階段時(shí)出現(xiàn)轟鳴現(xiàn)象，首先與實(shí)驗(yàn)一起分析引起轟鳴原因，同時(shí)利用NVHD軟件進(jìn)行建模及模態(tài)分析[2]。根據(jù)分析結(jié)果，對其結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過實(shí)車驗(yàn)證解決了某頻率段的實(shí)車轟鳴問題，縮短了整車的開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本。本文所采用的分析技術(shù)對同類問題的分析具有一定的指導(dǎo)意義和借鑒作用[3]。

2 原因分析

某型車在研發(fā)階段，后排乘客在50Hz左右出現(xiàn)轟鳴，主觀評價(jià)難以接受，同時(shí)試驗(yàn)驗(yàn)證后背門對后排50Hz噪聲有2-3dB貢獻(xiàn)。為此利用專業(yè)CAE分析工具，分別對后背門及聲腔進(jìn)行模態(tài)分析，分析發(fā)現(xiàn)聲腔模態(tài)與結(jié)構(gòu)模態(tài)耦合。實(shí)車噪聲解決問題CAE分析思路見圖1所示。

3 有限元模型的建立

考慮到要模擬實(shí)車整車狀態(tài)，建立帶內(nèi)飾的后背門模型，并考慮密封條，模擬實(shí)車狀態(tài)。根據(jù)網(wǎng)格質(zhì)量要求，采用殼單元和實(shí)體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分；模型中所使用的材料參數(shù)見表1所示。

為模擬后背門的實(shí)車安裝狀態(tài)，約束車身側(cè)鉸鏈及密封條dof1-6，門鎖建立局部坐標(biāo)系，見圖2所示。

4 仿真分析及優(yōu)化

4.1 仿真分析

建立聲腔和后背門有限元模型后，分別進(jìn)行模態(tài)分析，模態(tài)結(jié)果云圖如圖3所示，分析結(jié)果見表2所示。

分析結(jié)果顯示，后背門兩側(cè)局部模態(tài)頻率53.3Hz與一階縱向聲腔模態(tài)頻率52.5Hz接近，易耦合共振。

4.2 優(yōu)化分析

根據(jù)分析結(jié)果，對后背門結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，避開聲腔一階模態(tài)。首先找到該頻率所對應(yīng)的振型，根據(jù)應(yīng)變能分布找到相應(yīng)薄弱位置，并利用進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，相關(guān)的優(yōu)化方案見表3所示。

5 整車TPA分析

5.1 整車NVHD模型建立

采用NVHD搭建整車模型，整車模型共分為Trimmed body、Cavity、Steering System、Powertrain、Suspension等五部分。

5.2 整車路噪分析

輪心載荷是通過采集實(shí)車轉(zhuǎn)向節(jié)上的加速度信號，結(jié)合仿真分析得到的輪心傳遞函數(shù)，利用逆矩陣法反求得到[4]。將計(jì)算得到的每個(gè)輪心載荷施加在整車模型上，計(jì)算出粗糙路面下的整車路噪結(jié)果，后排乘客在55Hz左右峰值超過55dB（A），見圖4所示[5]。與實(shí)際路試后排乘客在50-60Hz出現(xiàn)轟鳴，且峰值超過55dB（A）吻合。

5.3 TPA分析

借助TPA后處理工具進(jìn)行Spindle load路噪工況貢獻(xiàn)量分析：Subcase1和Subcase12為主要貢獻(xiàn)工況。TPA分析結(jié)果見圖5所示。

5.4 節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量分析

借助NVHD后處理工具進(jìn)行Grid Participation分析，由于Subcase1和Subcase12為主要貢獻(xiàn)工況[6]。分別查看兩個(gè)工況下的節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量結(jié)果，從結(jié)果中可以看出后背門與聲腔耦合區(qū)域?yàn)橹饕暙I(xiàn)區(qū)域，如圖6所示。

6 實(shí)車樣件驗(yàn)證

6.1 優(yōu)化方案樣件制作

根據(jù)優(yōu)化方案通過制作手工樣件進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證，由于支架位于后背門內(nèi)板與外板連接附近，需要進(jìn)行切割，進(jìn)而進(jìn)行焊接，驗(yàn)證支架位置如圖7及圖8所示。

6.2 方案實(shí)車驗(yàn)證

將優(yōu)化后的支架安裝后，在粗糙路面40km/h行駛車內(nèi)后排噪聲（50Hz～60Hz） 降低2dB（A），滿足性能要求。紅線為基礎(chǔ)車的噪聲值，綠線為優(yōu)化后的噪聲小于55dB（A），見圖9所示。

7 結(jié)語

根據(jù)實(shí)車出現(xiàn)的問題進(jìn)行原因分析，并利用專業(yè)CAE工具對某型車的后背門及聲腔進(jìn)行模態(tài)分析，找到模態(tài)貢獻(xiàn)位置，通過優(yōu)化兩側(cè)加強(qiáng)支架，后背門局部模態(tài)避開聲腔模態(tài)；利用NVHD建立某型車整車模型，對問題頻率進(jìn)行NVH分析及診斷，通過優(yōu)化兩側(cè)加強(qiáng)支架模態(tài)。經(jīng)實(shí)車路試驗(yàn)證，優(yōu)化方案降低2dB（A）左右，滿足性能要求，解決了實(shí)車轟鳴問題。該分析方法及思路為同類問題的解決提供了工程經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]張勝蘭，鄭冬黎，郝琪，等.基于HyperWorks的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2]李楚琳，張勝蘭，馮櫻，等.HyperWorks分析應(yīng)用實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[3]陳昌明，鞠曉鋒，李思遠(yuǎn)，等.燃料電池轎車副車架結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化[J].汽車科技，2007，（4）：35-38.

[4]廖君，胡望岳.電動轎車鎂合金副車架的Optistruct優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代制造工程，2008，（9）：82-84.

[5]廖君，杜里平，王馮良等.基于Optistruct的電動轎車副車架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].機(jī)電工程，2008，（5）：42-44.

[6]譚繼錦，張代勝.汽車結(jié)構(gòu)有限元分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.