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Trelleborg針對日益增長的高頻噪聲和振動問題的創(chuàng)新解決方案
2019-09-11 17:04:07· 來源：汽車NVH云講堂
摘要在本文中，我們將提出各種各樣的解決方案，以管理日益增長的高頻噪聲和振動問題。這些解決方案從要求非常精確的模擬和測試能力的非常簡單和經(jīng)濟(jì)高效的設(shè)計功
摘要
在本文中，我們將提出各種各樣的解決方案，以管理日益增長的高頻噪聲和振動問題。這些解決方案從要求非常精確的模擬和測試能力的非常簡單和經(jīng)濟(jì)高效的設(shè)計功能，到更復(fù)雜的產(chǎn)品，如主動振動控制組件。
前言
全球汽車工業(yè)多年來一直要求在車輛噪聲振動和平順性性能方面不斷改進(jìn)。因此，對動力總成懸置系統(tǒng)的性能要求不斷提高，對高頻問題的研究也越來越受到重視。在這篇文章中，我們將介紹幾個與Trelleborg必須處理的高頻問題相關(guān)的案例，我們將看到Trelleborg可以提供非常簡單和經(jīng)濟(jì)高效的解決方案，以及非常有效的創(chuàng)新技術(shù)，如主動振動控制。
主要內(nèi)容
案例1 雙隔振結(jié)構(gòu)
第一個案例與歐洲前三大原始設(shè)備制造商有關(guān)。相關(guān)發(fā)動機(jī)為6缸發(fā)動機(jī)，橫向安裝。問題是在2檔節(jié)氣門全開時，21檔和42檔鏈條發(fā)出嗚嗚聲。在圖1中，我們可以看到21階和42階對車內(nèi)噪聲的貢獻(xiàn)（dB（A）vs RPM/Hz）。
圖1 我們可以看到，第21個階次的貢獻(xiàn)從500HZ到2000HZ以上
在Trelleborg部分完成的動態(tài)剛度測量顯示，共振峰值為1000HZ（見圖2）。
圖2 動態(tài)剛度測試結(jié)果
在1800HZ之后，共振峰和動態(tài)剛度會增加，這將與發(fā)動機(jī)激勵耦合，因此會產(chǎn)生很高的內(nèi)部噪音，如我們在圖1中看到的。我們可以在圖3看到發(fā)動機(jī)激勵和左側(cè)動態(tài)剛度之間的耦合頻率范圍。
圖3 發(fā)動機(jī)激勵和左側(cè)動態(tài)剛度之間的耦合頻率范圍
為了顯著減少激勵與lhs安裝響應(yīng)之間的耦合，trelleborg建議使用雙重隔離概念重新設(shè)計零件。該概念是在橡膠主彈簧（第一隔離層）上添加整個部件的第二隔離層。因此，該部件通過壓裝在Trelleborg部件中的橡膠密封圈組裝到車身上（見圖4）。
圖4 帶雙重隔離裝置的懸置
有了這個雙重隔離裝置，整個組件的垂直彈跳模式接近500HZ（見圖5）。
圖5 垂向模態(tài)分析結(jié)果
零件的動態(tài)剛度現(xiàn)在如圖6所示。在500HZ-垂直彈跳模式-我們可以看到動態(tài)剛度的顯著降低，這意味著傳遞率顯著降低。
圖6 兩種方案對比
圖7所示的在同樣的乘員艙內(nèi)噪聲測試結(jié)果表明，艙內(nèi)噪聲降低效果非常明顯，達(dá)到了8dB。
圖7 帶雙重隔振的結(jié)構(gòu)噪聲下降效果
案例2 橡膠瓣結(jié)構(gòu)
第二個案例與歐洲前三大原始設(shè)備制造商有關(guān)。相關(guān)發(fā)動機(jī)為6缸發(fā)動機(jī)，縱向即南北安裝。目標(biāo)是通過更好的變速箱安裝動態(tài)剛度來提高nvh車輛的整體性能。我們與原始設(shè)備制造商聯(lián)合舉辦了技術(shù)研討會，以促進(jìn)創(chuàng)意的產(chǎn)生和知識共享。
原設(shè)計X向動態(tài)性能見附圖8。
圖8 原設(shè)計結(jié)構(gòu)的動態(tài)X向動態(tài)性能
動態(tài)剛度曲線在1.250hz處出現(xiàn)峰值，900hz后曲線開始增大。
改善Trelleborg零件X向動態(tài)性能的基本思路是在原始設(shè)計的基礎(chǔ)上，在剪切元件上添加一些非常簡單的附加橡膠質(zhì)量-“橡膠瓣”（參見圖9）。
圖9 非常簡單的附加橡膠質(zhì)量-“橡膠瓣”
這些“橡膠瓣”表現(xiàn)為小的動態(tài)阻尼器，通過有限元仿真可以很容易地調(diào)整其形狀，從而有針對性地提高懸置的動態(tài)剛度。Trelleborg有限元分析團(tuán)隊可以使用ABAQUS軟件，如圖10所示。
圖10 對“橡膠瓣”的行為進(jìn)行建模和分析結(jié)果
當(dāng)我們觀察“橡膠襟翼”的第一模態(tài)形狀時，我們可以看到它們在x方向上的貢獻(xiàn)。因此，我們實現(xiàn)了一個新的設(shè)計w提供x方向的動態(tài)剛度與一個重大的改善開始在800HZ（見圖11）。
圖11 帶橡膠瓣的結(jié)構(gòu)動態(tài)剛度的改善效果
這種800HZ以上的改進(jìn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了400HZ到800HZ之間更高的動態(tài)剛度，并提供了更好的整車nvh性能。這一設(shè)計原則已獲得oem和trelleborg的聯(lián)合專利，適用于多種動力總成懸置系統(tǒng)。
這個例子和下面的一個例子表明，少量的增加一些橡膠，我們可以顯著提高我們的零件動態(tài)性能，我們可以通過有限元分析調(diào)整我們的設(shè)計，以滿足客戶的期望。
案例3-橡膠環(huán)
第三個案例與歐洲前三大原始設(shè)備制造商有關(guān)。相關(guān)發(fā)動機(jī)為4缸發(fā)動機(jī)，橫向安裝。動力總成懸置系統(tǒng)是一個4點系統(tǒng)，具有左側(cè)（LHS）、下部扭矩桿（LTR）、右側(cè)（RHS）和上部扭矩桿（UTR）。問題是通過改善trelleborg部件的徑向動態(tài)剛度來提高車輛的整體NVH性能。技術(shù)問題是RHS和UTR之間潛在的模態(tài)對準(zhǔn)。
圖12 主簧模態(tài)
X方向動態(tài)剛度-車輛的前后-顯示接近800HZ的主簧模態(tài)，在該方向上與UTR模態(tài)潛在的模態(tài)耦合。目標(biāo)是將這些模態(tài)彼此分離，防止模態(tài)耦合。因此，我們在主彈簧上增加了一個橡膠圈，以改變主彈簧第1模態(tài)的固有頻率。所附圖13顯示了分兩步增加附加質(zhì)量，從而降低共振頻率的效果。
圖13 分步增加附加質(zhì)量，從而降低共振頻率的效果
我們可以看到，在部件層面，我們消除了模態(tài)耦合風(fēng)險，我們能夠通過白車身測量來證實這一點。下面的圖14顯示了白車身測量設(shè)置與上扭矩桿（藍(lán)色）和右側(cè)（紅色）。我們測量了白車身加速度和發(fā)動機(jī)支架加速度的比值。該測量值代表了RHS底座的傳遞率。
圖14 測點布置
圖15 方案效果比較
我們從圖15可以看到，我們改善了700HZ和1700HZ之間的傳遞率，因此提高了總的汽車nvh性能使用一個非常簡單的成本效益的特點，并增加了少量一些橡膠。
這第三個案例顯示了我們可以在液壓懸置上進(jìn)行改進(jìn)，以提高其傳遞能力。為了支持這一點，我們必須有一個精確的有限元模擬過程，包括乙二醇的貢獻(xiàn)b）合適的測試設(shè)備能夠測量高達(dá)2000HZ的頻率，這比市場上現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)測試設(shè)備能夠達(dá)到的頻率要高c）具備充分整車NVH測量能力。
Trelleborg開發(fā)了一個基于ABAQUS軟件的有限元模擬過程，以計算高達(dá)2000Hz的動態(tài)剛度，精度很高，如下面的相關(guān)圖16、17所示。
圖16 有限元分析模型
圖17 測試與仿真對比
trelleborg還開發(fā)和建造了自己的測試設(shè)備（圖18），用于在預(yù)加載或不預(yù)加載的情況下測量高達(dá)2000赫茲的高頻動態(tài)剛度。
圖18 高頻動態(tài)剛度測試設(shè)備
Trelleborg還具有完整的車輛NVH測量能力（圖19），包括帶Dyno的消聲室、2柱振動篩和所有必要的硬件和軟件，以測量和處理振動和噪聲，包括聲品質(zhì)。
圖19 測試能力
案例4-防振控制
所有這些例子都是使用簡單、經(jīng)濟(jì)高效的設(shè)計特性來管理高頻問題。Trelleborg還開發(fā)了一種最先進(jìn)的技術(shù)，可以在一個較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)管理特定車輛點的特定振動問題，我們稱之為主動振動控制（見圖20）。
它使我們能夠通過減少各種客戶輸入來提高駕駛員和乘客的舒適性，例如：
- 座椅導(dǎo)軌振動
- 方向盤振動
- 內(nèi)部總聲壓級
AVC還可以用于車輛聲音質(zhì)量的主動調(diào)諧。
AVC產(chǎn)生受控振動-開環(huán)或閉環(huán)控制-目標(biāo)是消除發(fā)動機(jī)振動（見附件方案）。因此，我們可以最大限度地減少內(nèi)部噪音和振動沒有任何nvh妥協(xié)。
圖20 AVC主動振動控制系統(tǒng)
AVC包括a）執(zhí)行器組件b）電子單元c）在閉環(huán)系統(tǒng)的情況下的誤差傳感器。
圖21 AVC組成
AVC控制系統(tǒng)具有以下特點。它可以集成在avc組件中，也可以是獨立的。
圖 22 AVC控制系統(tǒng)工作環(huán)境要求
下面的圖片描述了AVC驅(qū)動器的基本組成和力輸出。值得注意的是，該設(shè)計是完全可擴(kuò)展的，在NVH要求，成本重量和大小之間達(dá)到完美平衡。
圖23 AVC驅(qū)動器
最近，特瑞堡與美國一家汽車制造商合作，開發(fā)了一款演示車，以量化我們通過使用特瑞堡AVC系統(tǒng)可以實現(xiàn)的全球NVH改進(jìn)。在下面的圖24中，我們可以看到，我們可以改善5至20分貝（a）的內(nèi)部噪音取決于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍。這是一個顯著的改進(jìn)，有助于改善駕駛員和乘客的舒適性。
圖24 AVC的降噪效果
結(jié)論
汽車市場面臨越來越多的高頻噪聲和振動問題，因為原始設(shè)備制造商的目標(biāo)是提高汽車的整體nvh性能。
為了解決這些問題，Trelleborg開發(fā)并驗證了各種工具和流程，以設(shè)計到高頻，并可以提出一整套解決方案，從簡單的成本效益高的設(shè)計，附加橡膠塊作為動態(tài)阻尼器，到更復(fù)雜的產(chǎn)品，如主動振動控制系統(tǒng)。
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