謝業(yè)遠(yuǎn) 肖甫 廖劍云
上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007
隨著人們生活水平的提高和汽車工業(yè)的持續(xù)發(fā)展,人們不再滿足于汽車的行駛工具屬性,“家居化”成為汽車行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)之一,車輛內(nèi)可實(shí)現(xiàn)辦公、休息、游戲等多種使用場(chǎng)景,對(duì)汽車乘員艙NVH靜謐性能的要求也日益提高。
以前對(duì)噪聲的查找都是用已生產(chǎn)出來的車輛進(jìn)行測(cè)試,結(jié)合測(cè)試人員聽覺及測(cè)量設(shè)備獲取的結(jié)果進(jìn)行分析,測(cè)試周期長(zhǎng),結(jié)果偏差大。隨著虛擬分析方法的不斷改進(jìn),分析結(jié)果與實(shí)車測(cè)試結(jié)果接近,虛擬分析方法已越來越多應(yīng)用于整車開發(fā)數(shù)據(jù)階段的分析,提前發(fā)現(xiàn)問題并更改完善,縮短項(xiàng)目開發(fā)周期。噪聲傳遞函數(shù)(NTF,簡(jiǎn)稱傳函)主要是指輸入激勵(lì)載荷與輸出噪聲之間的對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系,用于評(píng)價(jià)車輛結(jié)構(gòu)對(duì)振動(dòng)發(fā)聲的靈敏度特性;NTF越來越多應(yīng)用于評(píng)價(jià)整車NVH性能目標(biāo)設(shè)定及分解,通過CAE虛擬分析整車各零部件對(duì)噪聲傳遞的貢獻(xiàn)量,并快速分析新方案對(duì)NVH的改善程度。
某車型做整車動(dòng)態(tài)NVH測(cè)試,發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火后,輕踩油門踏板使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升,發(fā)動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速范圍時(shí),駕駛員及第二排乘客接收到尖銳噪聲;當(dāng)車輛在試驗(yàn)場(chǎng)以勻速60km/h在粗糙路面工況上行駛時(shí),駕駛員及第二排乘員也接收到較明顯的尖銳噪聲。噪聲使人感覺不舒服,影響駕駛員駕車安全及乘員乘坐舒適性;需消除噪聲,提升駕乘感知,提高整車品質(zhì)。
車輛噪聲主要有發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲、車輛行駛時(shí)的胎噪及風(fēng)噪、車身異響等噪聲類型。動(dòng)力及傳動(dòng)系統(tǒng)激勵(lì)引起的車內(nèi)噪聲主要分為兩類:輻射噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲。其中輻射噪聲主要通過空氣傳遞到車內(nèi),系統(tǒng)激勵(lì)振動(dòng)通過不同路徑傳遞到車身,車身薄壁件的振動(dòng)與車內(nèi)聲腔耦合振動(dòng),引起結(jié)構(gòu)噪聲。
本案為整車在兩種不同駕駛狀態(tài)下發(fā)生的噪聲問題,實(shí)車故障排查,排除了零件搭接不牢而導(dǎo)致的相互碰撞異響;再進(jìn)一步對(duì)異響集中區(qū)域拆除零件查找噪音源,發(fā)現(xiàn)噪聲異響為前后門內(nèi)板振動(dòng)引起。采用CAE方法進(jìn)行虛擬分析,發(fā)現(xiàn)激勵(lì)頻率在38Hz附近,前后側(cè)門內(nèi)板結(jié)構(gòu)振動(dòng)變形量達(dá)到最大值,如圖1。
圖1 38Hz附近前后門內(nèi)板變形示意圖
2.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲傳遞分析
動(dòng)力總成通過左右前懸置直接將振動(dòng)傳遞到車身,通過CAE虛擬分析手段對(duì)整車?yán)碚摂?shù)據(jù)進(jìn)行NTF分析,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1137r/min附近存在明顯噪聲峰值,噪聲峰值在63dB-65dB(如圖2),該峰值噪聲與發(fā)動(dòng)機(jī)二階激勵(lì)有較強(qiáng)的相關(guān)性,在主觀感受中也非常明顯;通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)頻率進(jìn)行測(cè)試,對(duì)應(yīng)該轉(zhuǎn)速的發(fā)動(dòng)機(jī)二階激勵(lì)頻率為38Hz。
圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)二階激勵(lì)聲壓曲線圖
2.2.2 路面噪聲傳遞分析
車輛以勻速60km/h在粗糙路面上行駛時(shí),輪胎與地面摩擦產(chǎn)生的噪聲通過空氣傳遞到車內(nèi),此為一般胎噪聲,通過增加隔音棉或消音板的方法可降低噪聲,但仍有尖銳噪聲存在;同時(shí),輪胎的上下跳動(dòng),通過懸置將跳動(dòng)傳遞到車身的懸置安裝區(qū)域,再經(jīng)由車身鈑金的形面及腔體結(jié)構(gòu),通過焊接、緊固件及涂膠等連接特性,將跳動(dòng)傳遞到整個(gè)車身鈑金結(jié)構(gòu),在前門和后側(cè)門內(nèi)板某一位置匯聚形成耦合振動(dòng),產(chǎn)生結(jié)構(gòu)噪聲。NVH通過實(shí)車噪聲數(shù)據(jù)收集及轉(zhuǎn)換分析,駕駛員位置在路面激勵(lì)傳函38Hz有噪聲峰值,后排在33Hz有噪聲峰值,與實(shí)車行駛時(shí)主觀感受突然聽到的尖銳噪聲相吻合,如圖3。
圖3 粗糙路面音頻分析曲線圖
2.2.3 前后側(cè)門模態(tài)分析
對(duì)前后側(cè)門鈑金總成進(jìn)行CAE虛擬分析,發(fā)現(xiàn)前后側(cè)門內(nèi)板變形量最大時(shí),內(nèi)板模態(tài)在35Hz~40Hz范圍內(nèi)(如圖4),與NTF分析的噪聲峰值傳函頻率相接近,由此推斷尖銳噪聲為前后門內(nèi)板共振產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)噪聲。
圖4 前后側(cè)門模態(tài)
針對(duì)前后側(cè)門內(nèi)板出現(xiàn)的振動(dòng)噪聲,可通過提高內(nèi)板一階模態(tài)的方式,減少35Hz~40Hz范圍內(nèi)的內(nèi)板振動(dòng)變形量,提出以下改進(jìn)方案:
(1)內(nèi)板特征調(diào)整:前門內(nèi)板過孔由斜角布置的三個(gè)過孔改為三角布置的三個(gè)過孔,增加內(nèi)板中間部位的特征面積大??;過孔周圈由短翻邊加強(qiáng)改為二級(jí)臺(tái)階加強(qiáng),增加過孔周邊特征面斜度及落差,增加加強(qiáng)筋數(shù)量,更改加強(qiáng)筋走向。后側(cè)門內(nèi)板優(yōu)化特征面,增加臺(tái)階落差量,更改過孔開口尺寸大小,調(diào)整過孔位置及方向。如圖5所示,通過調(diào)整內(nèi)板自身結(jié)構(gòu)提升內(nèi)板模態(tài)。
圖5 前后側(cè)門內(nèi)板結(jié)構(gòu)更改
(2)在前后側(cè)門內(nèi)板后下端各增加一塊鈑金加強(qiáng)板,鈑金加強(qiáng)板從門內(nèi)板揚(yáng)聲器安裝過孔下端開始布置,過后端拐角往上延伸至門鎖附近,加強(qiáng)板與內(nèi)板形成封閉腔體,通過點(diǎn)焊及涂膠與內(nèi)板連接,有效提高內(nèi)板下端剛度,減少內(nèi)板振動(dòng)變形量,提升內(nèi)板模態(tài),如圖6所示。
圖6 前后側(cè)門內(nèi)板下部增加加強(qiáng)板
(1)前后側(cè)門內(nèi)板特征更改及增加下端加強(qiáng)板后,CAE重新分析前后側(cè)門內(nèi)板模態(tài);前門內(nèi)板模態(tài)由39.81Hz提高到43.08Hz,后側(cè)門內(nèi)板模態(tài)由38.09Hz提高到46.94Hz,如圖7所示,避開發(fā)動(dòng)機(jī)及路面?zhèn)骱l率,避免內(nèi)板產(chǎn)生共振噪聲。
圖7 前后側(cè)門內(nèi)板模態(tài)
(2)經(jīng)過NVH對(duì)激勵(lì)噪聲的重新分析,在激勵(lì)保持不變的情況下,優(yōu)化后的前后側(cè)門鈑金總成對(duì)降低噪聲貢獻(xiàn)較大,駕駛員右耳位置噪聲平均下降2.00dB,后排中間位置噪聲平均下降3.8dB,且使大部分激勵(lì)點(diǎn)導(dǎo)致內(nèi)板振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲值下降到目標(biāo)值以下,滿足整車NVH要求,如圖8所示。
結(jié)合實(shí)車測(cè)試及CAE分析方法進(jìn)行噪聲查找分析,能夠在較短時(shí)間和較低經(jīng)濟(jì)成本的情況下,找出噪聲產(chǎn)生原因,提出優(yōu)化建議,同時(shí)結(jié)合試驗(yàn),快速提升整車NVH性能。
本文通過對(duì)車內(nèi)噪聲問題進(jìn)行實(shí)車測(cè)試及仿真分析,得到該噪聲主要由前后側(cè)門內(nèi)板振動(dòng)與聲腔耦合振動(dòng)引起。消除或減少內(nèi)板共振主要有增加內(nèi)板厚度、增加內(nèi)板局部加強(qiáng)板、修改內(nèi)板形狀、增加吸振器或阻尼膠等方法,但考慮實(shí)際生產(chǎn)及物料成本、生產(chǎn)可操作性、性價(jià)比等綜合因素,選擇最佳的實(shí)施方案。