繆宣和，莫偉樹，許忠杰，曾憲民

（東風(fēng)柳州汽車有限公司，廣西 柳州 545005）

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，汽車已深入各家各戶，國民對汽車的要求也不僅限于代步，對汽車各方面的性能要求也不斷增加，車內(nèi)NVH 性能的好壞直接關(guān)系到人的主觀感受，因此一款性能優(yōu)異的汽車，在車輛行駛過程，是不應(yīng)該有各種異響聲，尤其是連續(xù)的轟鳴聲。

1 理論依據(jù)

排氣系統(tǒng)與車身的連接主要由排氣吊鉤實(shí)現(xiàn)，振動能量也主要由其傳遞。好的吊鉤設(shè)計(jì)，能有效控制排氣系統(tǒng)對整車NVH 的不良影響。在設(shè)計(jì)汽車排氣系統(tǒng)吊鉤懸掛時，吊鉤的結(jié)構(gòu)和位置的選擇，對整車的NVH 有很大的影響。因此在設(shè)計(jì)吊鉤時需要考慮吊點(diǎn)位置的選擇，吊鉤的一階模態(tài)和動剛度以及整車的布置空間。

吊鉤的位置選擇利用Hypermesh 軟件通過平均驅(qū)動自由度位移的方法：

模態(tài)分析基本理論：

每一模態(tài)都有對應(yīng)的固有頻率、阻尼和振型，這些參數(shù)可通過試驗(yàn)獲取，但在前期分析的過程中，沒有實(shí)物樣件，因而通過CAE 來計(jì)算模態(tài)成為最常用的方法，也可以不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)[1-3]。對模態(tài)分析方程來說，振動頻率和模態(tài)振型是兩個非常重要的幾何參數(shù)，其基本方程[1]：

式中：[K]為剛度矩陣；[M]為質(zhì)量矩陣；ωi為第i階振動頻率；ψi為第i階模態(tài)振型。

車內(nèi)轟鳴產(chǎn)生機(jī)理：

車內(nèi)聲壓計(jì)算公式[4]：

ATFj為聲腔傳遞函數(shù)；Areaj為聲固耦合的面積；VTF為振動傳遞函數(shù)；F為車身接附點(diǎn)受到的激勵力。

在密閉的空間內(nèi)，車身內(nèi)空氣作為彈性體會產(chǎn)生多個空腔模態(tài)，當(dāng)車身受到外界激勵的情況下，車身上的某些鈑金件的振動模態(tài)和聲腔內(nèi)的部分模態(tài)產(chǎn)生耦合，空腔會在車內(nèi)產(chǎn)生很高的壓力脈動，引起人耳不適或產(chǎn)生惡心等現(xiàn)象[4-5]。

2 問題來源

某1.8T MPV 車型反饋加速工況在2 700 r/min以上車內(nèi)存在連續(xù)轟鳴，客戶車輛使用體驗(yàn)差，經(jīng)實(shí)車排查：車身端5 號吊鉤（圖1）影響較大。如圖2～圖4 為5 號吊鉤裝上與斷開狀態(tài)車內(nèi)噪聲圖，由圖可知，在3 500～4 000 r/min 附近，吊鉤支架斷開狀態(tài)比未斷開車內(nèi)前排總階噪聲降低約6 db，2 階噪聲降低約7 db；中排總階噪聲降低約9 db，2 階噪聲降低約13 db；后排總階噪聲降低不明顯，約為3 db，2 階噪聲降低約5 db。由圖5 可知，5 號吊鉤，安裝點(diǎn)動剛度偏低，受排氣系統(tǒng)激勵，引發(fā)轟鳴。5 號吊鉤被動支架通過螺栓固定至車身，本體一階模態(tài)為120 Hz（對應(yīng)3 500 r/min@2 階），建議后續(xù)的優(yōu)化方案將該吊鉤的模態(tài)提升，且同時提高安裝點(diǎn)的動剛度。

圖1 5 號排氣吊鉤

圖2 車前排噪聲圖（粗實(shí)線：5 號吊鉤支架未斷開，粗虛線：5 號吊鉤支架斷開）

圖3 車中排噪聲圖（粗實(shí)線：5 號吊鉤支架未斷開，粗虛線：5 號吊鉤支架斷開）

圖4 車后排噪聲圖（粗實(shí)線：5 號吊鉤支架未斷開，粗虛線：5 號吊鉤支架斷開）

圖5 吊鉤動剛度曲線

3 優(yōu)化改進(jìn)方案

3.1 方案設(shè)計(jì)

基于上述分析，可知，車內(nèi)在2 700 r/min以上連續(xù)轟鳴主要貢獻(xiàn)為車身5 號吊鉤，針對該吊鉤，提出5 條優(yōu)化方案：

針對上述5 個方案，分別分析，如下表1 所示，排氣吊鉤動剛度和模態(tài)只有方案1 和方案5 滿足優(yōu)化要求，其余方案皆不通過。數(shù)模DMU 分析可知，方案1 新增的安裝點(diǎn)無法使用工具擰緊，操作空間不足，故該方案也不可行。

表1 吊鉤優(yōu)化方案分析

圖6 吊鉤優(yōu)化方案

方案5 優(yōu)化后吊鉤一階模態(tài)為418 Hz，較原狀態(tài)139 Hz 提升279 Hz，滿足大于350 Hz 目標(biāo)要求。優(yōu)化后吊鉤安裝點(diǎn)X、Z 向動剛度有明顯提升，基本滿足500 N/mm 目標(biāo)的要求，如圖7 虛線優(yōu)化吊鉤剛度曲線所示。

圖7 方案5 的動剛度曲線（實(shí)線：原狀態(tài)，虛線：優(yōu)化狀態(tài)）

基于以上分析，我們結(jié)合CAE 分析和數(shù)模DMU校核可知，實(shí)物樣件需要按方案5 來加工制作。

3.2 實(shí)車驗(yàn)證

制作方案5 樣件，將其裝至NVH 測試車實(shí)測驗(yàn)證：車內(nèi)前排在3 500～4 100 r/min 時，2 階和總階車內(nèi)噪聲有3dB（A）改善，中排3 500 r/min 時，2 階7 dB（A）左右改善，總階噪聲降低3 dB（A），后排3 500 r/min 時，2 階和總階約有2 dB（A）左右改善，如圖8～10 所示。

圖8 車內(nèi)前排吊鉤改進(jìn)前后噪聲對比（粗實(shí)線：5 號吊鉤支架改進(jìn)前，粗虛線：5 號吊鉤支架改進(jìn)后）

圖9 車內(nèi)中排吊鉤改進(jìn)前后噪聲對比（粗實(shí)線：5 號吊鉤支架改進(jìn)前，粗虛線：5 號吊鉤支架改進(jìn)后）

圖10 車內(nèi)后排吊鉤改進(jìn)前后噪聲對比（粗實(shí)線：5 號吊鉤支架改進(jìn)前，粗虛線：5 號吊鉤支架改進(jìn)后）

由圖11～12 可知，優(yōu)化后的5 號吊鉤2 階X向和Z向振動加速度在3 500～4 100 r/min 有明顯下降。

圖11 振動加速度對比（X 向2 階）（粗實(shí)線：5 號吊鉤支架改進(jìn)前，粗虛線：5 號吊鉤支架改進(jìn)后）

圖12 振動加速度對比（Z 向2 階）（粗實(shí)線：5 號吊鉤支架改進(jìn)前，粗虛線：5 號吊鉤支架改進(jìn)后）

基于上述實(shí)車測試驗(yàn)證，方案5 優(yōu)化的排氣吊鉤支架結(jié)構(gòu)CAE 結(jié)果和實(shí)車測試結(jié)果相符，車內(nèi)前中后排總階和二階噪音都有一定程度降低，對2 700 r/min 加速工況車內(nèi)轟鳴聲有改善，主觀評價人員在車內(nèi)不會引起人耳不適或產(chǎn)生惡心等現(xiàn)象，主觀評價分值升高達(dá)到評價要求。

4 結(jié)束語

本文通過CAE 仿真分析和實(shí)車測試驗(yàn)證，說明了車子在2 700 r/min 以上加速工況產(chǎn)生連續(xù)轟鳴聲的主要是因?yàn)榕艢獾蹉^的模態(tài)和動剛度偏低，和車身發(fā)生耦合引起共振所致。通過優(yōu)化吊鉤支架的結(jié)構(gòu)，提高吊鉤的本體一階模態(tài)和動剛度，能有效地解決車內(nèi)轟鳴引起的人耳不適和惡心等癥狀。