井聚，劉濤，秦賓，李守魁，陳曉梅，周濤

（1.130011 吉林省 長(zhǎng)春市 汽車(chē)振動(dòng)噪聲與安全控制綜合技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室；2.130011 吉林省 長(zhǎng)春市 中國(guó)第一汽車(chē)集團(tuán)有限公司研發(fā)總院NVH 研究所）

0 引言

隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)汽車(chē)的舒適性、駕駛性、振動(dòng)噪聲、人機(jī)工程等諸多性能要求也越來(lái)越高。振動(dòng)噪聲作為汽車(chē)的性能之一，已成為人們購(gòu)買(mǎi)和使用中的重點(diǎn)關(guān)注項(xiàng)。POWER J D、APEAL、IQS 等的市場(chǎng)調(diào)研結(jié)果表明，相對(duì)于油耗、操控等性能，越來(lái)越多的用戶更為關(guān)注整車(chē)振動(dòng)噪聲性能及由此引起的車(chē)內(nèi)轟鳴聲品質(zhì)[1-3]。

車(chē)內(nèi)轟鳴聲是汽車(chē)噪聲問(wèn)題中常見(jiàn)的一種，本文針對(duì)某SUV 在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為3 000～4 000 r/min 時(shí)車(chē)內(nèi)出現(xiàn)的明顯異常轟鳴噪聲進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)前副車(chē)架橫梁模態(tài)偏低，導(dǎo)致動(dòng)力總成激勵(lì)通過(guò)副車(chē)架共振放大，引起車(chē)身鈑金振動(dòng)產(chǎn)生噪聲。通過(guò)改變前副車(chē)架橫梁結(jié)構(gòu)和連接方式改變副車(chē)架模態(tài)，并進(jìn)行方案驗(yàn)證，改善效果明顯，車(chē)內(nèi)異常轟鳴聲消失。

1 問(wèn)題概述

某SUV 車(chē)在全油門(mén)加速行駛過(guò)程中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在3 000～4 000 r/min 時(shí)，車(chē)內(nèi)前排出現(xiàn)沉悶轟鳴聲，主觀感覺(jué)較明顯，嚴(yán)重影響駕乘舒適性。通過(guò)對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲進(jìn)行3 擋全油門(mén)加速測(cè)試，發(fā)現(xiàn)前排2 階噪聲在3 000～4 000 r/min 存在明顯峰值，最大值為69 dB(A)，如圖1 所示。

圖1 3 擋全油門(mén)加速前排噪聲測(cè)試結(jié)果Fig.1 Front-row noise test results of three-gear full throttle acceleration

2 轟鳴聲影響因素分析

該車(chē)的轟鳴聲是發(fā)生在定轉(zhuǎn)速范圍、大油門(mén)的低頻轟鳴聲，此類(lèi)轟鳴聲傳遞到乘員耳旁的路徑如圖2 所示。

圖2 轟鳴聲傳遞路徑圖Fig.2 Booming noise transfer path diagram

激勵(lì)源主要包括動(dòng)力總成自身激勵(lì)和排氣管口噪聲，傳遞路徑涉及懸置系統(tǒng)、副車(chē)架、車(chē)體結(jié)構(gòu)、排氣系統(tǒng)和吊耳以及車(chē)身的隔聲能力和對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)情況。

對(duì)傳遞路徑進(jìn)行排查測(cè)試分析，進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)實(shí)際噪聲水平和懸置、排氣吊耳的隔振和車(chē)身隔聲能力都達(dá)到既定開(kāi)發(fā)目標(biāo)，且在對(duì)應(yīng)頻率未發(fā)現(xiàn)異常。而在副車(chē)架上檢測(cè)到對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)2 階振動(dòng)在3 150 r/min 和3 450 r/min 存在峰值，如圖3 所示，因此鎖定副車(chē)架為主要研究方向[4]。

圖3 3 擋全油門(mén)加速副車(chē)架Z 向2 階加速度測(cè)試結(jié)果Fig.3 Test results of Z-direction second-order of three-gear full throttle acceleration subframe

通過(guò)模態(tài)實(shí)驗(yàn)分析，副車(chē)架前橫梁在107 Hz和116 Hz 最為薄弱，彎曲模態(tài)明顯，如圖4 所示。

圖4 前副車(chē)架前橫梁彎曲模態(tài)振型示意圖Fig.4 Bending mode diagram of front cross member of front subframe

因此，該車(chē)加速行駛時(shí)車(chē)內(nèi)轟鳴噪聲主要是前懸架前橫梁彎曲模態(tài)偏低，致使整個(gè)前艙的整體剛度不足，在發(fā)動(dòng)機(jī)的2 階慣性力作用下，產(chǎn)生嚴(yán)重的轟鳴，文獻(xiàn)[5]也可以發(fā)現(xiàn)相似的結(jié)論。

3 解決方案及效果驗(yàn)證

3.1 方案1 優(yōu)化副車(chē)架前橫梁結(jié)構(gòu)

將副車(chē)架前橫梁的截面形狀換為同平臺(tái)不同類(lèi)型副車(chē)架結(jié)構(gòu)，將前橫梁結(jié)構(gòu)更改為鋁合金材質(zhì)，截面形狀更改為矩形結(jié)構(gòu)，增加X(jué)方向和Z方向剛度。副車(chē)架前橫梁質(zhì)量從2.1 kg 降低至0.7 kg，但1 階模態(tài)從107 Hz 提升至179 Hz，如表1 所示。

表1 前副車(chē)架前橫梁彎曲模態(tài)對(duì)比Tab.1 Comparison of bending mode of front cross member of front subframe

考慮到快速驗(yàn)證更改效果，將鋁合金前橫梁直接使用AB 膠緊固在前副車(chē)架上進(jìn)行驗(yàn)證。3 擋全油門(mén)加速，車(chē)內(nèi)2 階噪聲峰值頻率噪聲從69 dB(A)降低至63 dB(A)。主觀評(píng)價(jià)無(wú)轟鳴聲，如圖5 所示。

圖5 前橫梁加強(qiáng)前后車(chē)內(nèi)2 階噪聲對(duì)比Fig.5 Comparison of interior noise before and after front cross member reinforcement

3.2 方案2 副車(chē)架前橫梁增加吸振器

動(dòng)力吸振器[6-7]是一種在汽車(chē)、建筑、航天等行業(yè)經(jīng)常使用的減振機(jī)構(gòu)。汽車(chē)NVH 中存在著不少窄頻帶的NVH 問(wèn)題，受工程條件限制，很多情況下無(wú)法直接更改結(jié)構(gòu)，動(dòng)力吸振器就是一種很好的選擇。起作用的手段可以通過(guò)調(diào)節(jié)附加在主結(jié)構(gòu)上的吸振器參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

針對(duì)某一需要減振的結(jié)構(gòu)件，可以將此結(jié)構(gòu)件振幅較大方向上的振動(dòng)特性等效為一個(gè)單自由度系統(tǒng)，然后匹配動(dòng)力減振器，因此首先需要確定等效主系統(tǒng)的等效質(zhì)量、減振頻率、阻尼比等參數(shù)。結(jié)構(gòu)件的模態(tài)特性可以通過(guò)模態(tài)試驗(yàn)或模態(tài)計(jì)算得到。對(duì)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)，可以得到需要減振件的主要階次頻率值和阻尼比，而頻率值也可以通過(guò)模態(tài)計(jì)算求得。

使用文獻(xiàn)[6]中動(dòng)力吸振器的設(shè)計(jì)方法，在副車(chē)架前橫梁上設(shè)計(jì)動(dòng)力吸振器。安裝吸振器后副車(chē)架前橫梁上的頻響特性與原狀態(tài)對(duì)比結(jié)果如圖6 所示。在100～200 Hz 范圍內(nèi)，前副車(chē)架前橫梁上的響應(yīng)有明顯降低。

圖6 增加吸振器前后前橫梁頻響對(duì)比Fig.6 Comparison of frequency response of front cross member before and after adding vibration absorber

安裝吸振器后，3 擋全油門(mén)加速工況，車(chē)內(nèi)2階噪聲與原狀態(tài)對(duì)比結(jié)果如圖7 所示。2 階噪聲在3 000～4 000 r/min 范圍內(nèi)整體幅值降低至62 dB(A)以下，主觀上無(wú)轟鳴噪聲。

圖7 加吸振器前后前排2 階噪聲對(duì)比圖Fig.7 Comparison of second-order noise in front row before and after adding vibration absorber

3.3 方案對(duì)比

對(duì)比2 個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 方案1 和方案2 優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比Tab.2 Comparison of advantages and disadvantages between Scheme 1 and Scheme 2

雖然方案1 可以將質(zhì)量降低1.4 kg，但是綜合考慮，優(yōu)化副車(chē)架前橫梁面臨實(shí)施周期長(zhǎng)、改動(dòng)量大、成本高等缺點(diǎn)，決定采用方案2 解決轟鳴問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

本文研究了某SUV 車(chē)全油門(mén)加速時(shí)，由前副車(chē)架前橫梁模態(tài)低導(dǎo)致整個(gè)前艙的整體剛度不足，在發(fā)動(dòng)機(jī)的2 階慣性力作用下，前排產(chǎn)生嚴(yán)重的轟鳴聲問(wèn)題。通過(guò)對(duì)比更改前橫梁結(jié)構(gòu)和增加動(dòng)力吸振器方案，選擇加裝動(dòng)力吸振器作為前排轟鳴問(wèn)題的解決方案。提高了整車(chē)NVH 水平。