摘要：針對(duì)某乘用車在2檔節(jié)氣門(mén)全開(kāi)工況下車內(nèi)噪聲過(guò)大的問(wèn)題，應(yīng)用LMS 測(cè)試系統(tǒng)對(duì)汽車動(dòng)力總成的懸置系統(tǒng)進(jìn)行噪聲振動(dòng)測(cè)試和模態(tài)試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析，找到引發(fā)車內(nèi)噪聲過(guò)大的共振頻率；應(yīng)用有限元分析軟件模擬后拉桿懸置實(shí)際工況和邊界條件并仿真，通過(guò)對(duì)比分析測(cè)試試驗(yàn)和仿真分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)懸置隔振量小于20dB，不滿足設(shè)計(jì)要求；通過(guò)在后拉桿懸置增加質(zhì)量塊與調(diào)整橡膠剛度，解決了后拉桿懸置共振與隔振量不足問(wèn)題。測(cè)試結(jié)果表明，優(yōu)化后的動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)明顯降低了車內(nèi)噪聲與振動(dòng)。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力總成；NVH；模態(tài)試驗(yàn)；橡膠剛度；隔振量

1 引言車內(nèi)的振動(dòng)主要由路面激勵(lì)和發(fā)動(dòng)機(jī)自身的激勵(lì)所引起，近年來(lái)隨著我國(guó)公路質(zhì)量的明顯改善，由路面激勵(lì)引起的整車問(wèn)題逐漸減少，而發(fā)動(dòng)機(jī)自身激勵(lì)引起的振動(dòng)問(wèn)題更加凸顯[1]。動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)傳遞的必經(jīng)路徑，因此動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響了整車NVH性能[2]。國(guó)內(nèi)某些學(xué)者通過(guò)提高后拉桿懸置支架剛度避開(kāi)共振模態(tài)頻率，取得了明顯的效果[3]；少部分學(xué)者通過(guò)調(diào)整橡膠結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的隔振特性，改善噪聲與振動(dòng)向車內(nèi)的輻射[4]；另一些學(xué)者通過(guò)優(yōu)化部分車身結(jié)構(gòu)的剛度提高模態(tài)頻率和調(diào)整懸置橡的膠剛度提高隔振量，并取得了顯著效果，提高了整車NVH性能[5]。很少有考慮通過(guò)在模態(tài)振型較大的方向增加質(zhì)量塊，有效抑制振型并避開(kāi)共振頻率。研究對(duì)象為國(guó)內(nèi)某5座中型SUV，針對(duì)該車在2檔節(jié)氣門(mén)全開(kāi)（Wide Open Throttle，WOT）工況下存在的問(wèn)題，綜合分析測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果，通過(guò)在動(dòng)力總成后拉桿懸置模態(tài)振型大的位置增加質(zhì)量塊來(lái)抑制振型，避開(kāi)共振帶；通過(guò)調(diào)整后懸置橡膠參數(shù)，改變橡膠剛度。采用上述措施來(lái)改善質(zhì)量測(cè)評(píng)中存在的問(wèn)題，提升NVH性能。

2 試驗(yàn)測(cè)試與分析

2.1 噪聲振動(dòng)測(cè)試為解決某車車內(nèi)噪聲振動(dòng)過(guò)大的問(wèn)題，采用LMS 測(cè)試系統(tǒng)對(duì)該車進(jìn)行振動(dòng)、噪聲測(cè)試。該車搭載1.5T四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，工況為2檔WOT，車輛半載，平直干燥瀝青路面。麥克風(fēng)布置在副駕駛右耳，在左右懸置、后拉桿懸置的主動(dòng)端和被動(dòng)端分別布置一個(gè)PCB三向加速度傳感器。測(cè)試結(jié)果，如圖1所示。結(jié)果圖1（a）顯示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1524r/min、1960r/min、2341r/min、3242r/min附近峰值較明顯，最大聲壓級(jí)達(dá)到74dB；通過(guò)對(duì)比發(fā)動(dòng)機(jī)二階次與四階次噪聲曲線與車內(nèi)噪聲曲線可以得知，噪聲峰值多為發(fā)動(dòng)機(jī)二階次貢獻(xiàn)；由圖1（b）的車內(nèi)噪聲Colormap圖可以看出，車內(nèi)噪聲在192.4Hz和370Hz附件存在明顯的共振帶。

通過(guò)主動(dòng)端減去被動(dòng)端的振動(dòng)量發(fā)現(xiàn)后拉桿懸置隔振量小，具體數(shù)據(jù)，如圖1（c）所示。X、Z向在（2100～5000）r/min范圍內(nèi)隔振量小于20dB；Y向的隔振量在3000r/min以內(nèi)都小于20dB，測(cè)試結(jié)果表明后拉桿懸置隔振量不滿足設(shè)計(jì)要求。2.2 模態(tài)試驗(yàn)為尋找動(dòng)力總成相關(guān)子系統(tǒng)模態(tài)頻率是否與車內(nèi)噪聲頻率發(fā)生共振，對(duì)動(dòng)力總成相關(guān)子系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)測(cè)試，模態(tài)試驗(yàn)采用LMS測(cè)試系統(tǒng)中的Impact Testing模塊進(jìn)行信號(hào)采集，在左右懸置、后拉桿懸置等相關(guān)子系統(tǒng)上布置合適的測(cè)試點(diǎn)，并粘貼PCB三向加速度傳感器。為保證結(jié)果準(zhǔn)確性，該模態(tài)試驗(yàn)測(cè)試部件在整車實(shí)際安裝情況下進(jìn)行。經(jīng)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)后拉桿懸置的二階194.2Hz模態(tài)頻率與車內(nèi)噪聲的192.4Hz共振帶相吻合，該模態(tài)頻率下很可能會(huì)產(chǎn)生共振，加劇車內(nèi)噪聲，故需要關(guān)注192.4Hz附近的模態(tài)頻率。具體測(cè)試數(shù)據(jù)，如表1所示。

2.3 后拉桿懸置剛度試驗(yàn)為驗(yàn)證懸置隔振率不足是否由橡膠剛度過(guò)大所導(dǎo)致，對(duì)橡膠塊進(jìn)行軸向（Z向）靜剛度試驗(yàn)。固定后拉桿支架位置，橡膠塊一端加載向下的力，橡膠塊受力發(fā)生變形，此時(shí)位移傳感器和力傳感器分別實(shí)時(shí)采集橡膠塊變形過(guò)程的力和位移，根據(jù)測(cè)得數(shù)據(jù)計(jì)算出軸向靜剛度，同方法測(cè)試X、Y向靜剛度。剛度測(cè)試結(jié)果，如表2所示。

通過(guò)分析后拉桿懸置振動(dòng)噪聲測(cè)試數(shù)據(jù)和橡膠塊靜剛度測(cè)試數(shù)據(jù)，認(rèn)為后拉桿懸置隔振量不足是由橡膠塊靜剛度過(guò)大導(dǎo)致。3 懸置隔振量計(jì)算理論設(shè)計(jì)動(dòng)力總成懸置時(shí)，根據(jù)懸置的結(jié)構(gòu)形式來(lái)調(diào)整橡膠的硬度，可以獲得理想的剛度特性，以滿足隔振率要求[6]。懸置的隔振效果通常用振動(dòng)傳遞率T來(lái)度量：

式中：T—懸置振動(dòng)傳遞率；Ft—懸置隔振傳遞的力的幅值；F0—施加于懸置上的外激勵(lì)力幅值；λ—頻率比；ζ—阻尼比。懸置的傳遞率越小，代表懸置系統(tǒng)隔振效果越好，由公式可知，懸置的傳遞率與懸置橡膠的剛度、阻尼、結(jié)構(gòu)相關(guān)。但是在工程實(shí)際當(dāng)中，通常用隔振量來(lái)表示懸置系統(tǒng)的優(yōu)劣，隔振量是指主動(dòng)端與被動(dòng)端振動(dòng)加速度級(jí)，與隔振傳遞率不同的是，隔振量越大，表明懸置隔振情況越好[7]。公式表示如下：

式中：a0—主動(dòng)端振動(dòng)加速度；at—被動(dòng)端的振動(dòng)加速度。4 后拉桿懸置有限元仿真分析在后拉桿懸置CATIA 模型的基礎(chǔ)上，利用Hypermesh 對(duì)后拉桿進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用六面體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，因零件相對(duì)較小，為盡可能提高計(jì)算精度，單元尺寸設(shè)定為3mm，螺栓連接均采用RBE2，部件之間網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)共用，網(wǎng)格劃分完成后共得到63563個(gè)節(jié)點(diǎn)、136386個(gè)單元，然后保存為inp 文件并導(dǎo)入ABAQUS，定義材料屬性，模擬實(shí)際工況和邊界條件，定義主動(dòng)端和被動(dòng)端的加速度為輸出并仿真計(jì)算，得到仿真結(jié)果云圖，如圖2所示。將主被動(dòng)端加速度仿真數(shù)據(jù)代入式（2），得到后拉桿懸置隔振量，如圖3所示。后拉桿懸置在（0～250）Hz范圍內(nèi)，X方向的隔振量都在20dB 以下，Y、Z 方向在整個(gè)關(guān)注頻率范圍內(nèi)都小于20dB，尤其是在225Hz的時(shí)候，Z 向隔振量只有10dB左右，仿真結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果基本吻合。結(jié)果證明后拉桿懸置隔振量不滿足設(shè)計(jì)要求。

5 后拉桿懸置優(yōu)化5.1 后拉桿懸置結(jié)構(gòu)優(yōu)化文章前面在對(duì)后拉桿懸置模態(tài)測(cè)試和噪聲分析中得知，后拉桿懸置在2 階模態(tài)192.4Hz 時(shí)與車內(nèi)噪聲192.4Hz 的共振帶相吻合，可能發(fā)生共振，通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)改變這一模態(tài)頻率。

式中：k—?jiǎng)偠龋籱—質(zhì)量。由公式可知，當(dāng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式一定時(shí)，固有頻率只與剛度和質(zhì)量有關(guān)[8]。后拉桿懸置2階模態(tài)振型沿Y軸平動(dòng)，故在Y 方向增加一質(zhì)量塊抑制模態(tài)振型，減小后拉桿懸置模態(tài)。以原狀態(tài)后拉桿懸置模型為基礎(chǔ)，利用有限元Hypermesh軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，尺寸不變，Y向增加的質(zhì)量塊與拉桿節(jié)點(diǎn)共用，模擬后拉桿懸置實(shí)際約束情況，進(jìn)行模態(tài)仿真分析，其結(jié)果，如圖4所示。由仿真結(jié)果可得，后拉桿懸置支架一階模態(tài)為139.6Hz，二階模態(tài)為167.8Hz，三階模態(tài)為317.9Hz，增加質(zhì)量塊后，后拉桿懸置各階模態(tài)都有效的避開(kāi)了共振頻率。

5.2 后拉桿懸置橡膠塊剛度優(yōu)化動(dòng)力總成懸置隔振量不滿足設(shè)計(jì)要求，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)噪聲將通過(guò)懸置和車身輻射到車內(nèi)，嚴(yán)重影響車內(nèi)乘客舒適性[9]。通過(guò)調(diào)整橡膠的硬度，以獲得理想的剛度特性，能有效的提高懸置系統(tǒng)的隔振效果，因此對(duì)動(dòng)力總成后拉桿懸置塊的剛度進(jìn)行優(yōu)化[10]。保證后懸置橡膠結(jié)構(gòu)不變，選用不同硬度的橡膠可得到不同靜剛度的懸置橡膠塊，選用X向靜剛度為100N/mm，Y、Z向靜剛度為120N/mm 的懸置橡膠塊。應(yīng)用新的材料參數(shù)再次進(jìn)行有限元分析，并計(jì)算出隔振量，如圖5所示。仿真結(jié)果顯示，X、Y、Z方向的隔振量都有所提高，并且在整個(gè)關(guān)心的頻率范圍內(nèi)隔振量都大于20dB。

6 試驗(yàn)驗(yàn)證將優(yōu)化后與原狀態(tài)后拉桿懸置裝車進(jìn)行實(shí)車測(cè)試，采用LMS 公司的Test.Lab 測(cè)試系統(tǒng)的Signature Acquisition 模塊采集數(shù)據(jù)，在前排副駕駛右耳布置麥克風(fēng)測(cè)試布置點(diǎn)周圍的聲壓級(jí)，來(lái)判定車內(nèi)噪聲情況；在后拉桿懸置的主動(dòng)端和被動(dòng)端分別布置一個(gè)PCB三向加速度傳感器，用以測(cè)試車輛在加速過(guò)程中的振動(dòng)特性，具體布置，如圖6所示。車輛在2檔WOT工況下進(jìn)行測(cè)試，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，獲得該工況下后拉桿懸置振動(dòng)情況和車內(nèi)噪聲的結(jié)果，如圖7所示。

由圖6（a）、圖6（b）、圖6（c）結(jié)果可知，通過(guò)減小后拉桿懸置橡膠剛度，X、Y、Z 三個(gè)方向的隔振量都有所提高，并滿足大于20dB的設(shè)計(jì)要求。分析圖6（d）結(jié)果，優(yōu)化后車內(nèi)噪聲在1900r/min以內(nèi)變化不大，（1900～5000）r/min 范圍內(nèi)噪聲聲壓級(jí)整體下降，其中在2300r/min、3200r/min 附近聲壓級(jí)降低明顯，最高達(dá)到4.1dB。綜上所述，通過(guò)在Y向增加質(zhì)量塊避開(kāi)共振帶并降低后拉桿懸置橡膠剛度提高隔振量，明顯改善了車內(nèi)NVH性能，與車內(nèi)噪聲降低情況完全相符。7 結(jié)論為解決某車在2檔WOT工況下車內(nèi)噪聲振動(dòng)大的問(wèn)題，可以從提高橡膠懸置隔振量和錯(cuò)開(kāi)子系統(tǒng)間模態(tài)頻率兩方面著手。（1）隔振方面：通過(guò)降低后拉桿懸置橡膠塊剛度，提高了隔振量，滿足了隔振量大于20dB的工程要求。（2）避頻方面：通過(guò)在懸置二階模態(tài)振型大的Y向增加質(zhì)量塊，有效避開(kāi)了子系統(tǒng)間共振頻率。試驗(yàn)測(cè)試表明，該方案有效的解決了該車在2檔WOT工況下車內(nèi)噪聲大的問(wèn)題。考慮工程化及成本問(wèn)題，選用的優(yōu)化方案較為簡(jiǎn)單便捷，為解決實(shí)際工程問(wèn)題提供了一定的思路。作者：付江華，周鵬，陳哲明，陳寶作者單位：（重慶理工大學(xué)車輛工程學(xué)院，重慶401320）

來(lái)源：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造