摘 要：對某車型車內(nèi)加速噪聲的異響問題進(jìn)行分析和控制，運(yùn)用 CAE 與試驗(yàn)相結(jié)合的方法，通過系統(tǒng)性的 NVH問題診斷流程，找出車內(nèi)異響問題是由發(fā)動機(jī)右懸置動剛度在 390 Hz 頻段較弱引起。對發(fā)動機(jī)右懸置支架改進(jìn)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行主觀評價(jià)和試驗(yàn)驗(yàn)證，最終選取一種性價(jià)比較高、能夠快速工程化的改進(jìn)方案，車內(nèi)加速異響被很好抑制，整車的NVH 性能達(dá)到較好的效果。

關(guān)鍵詞：整車；加速異響；振動測試；NVH

引 言

為了提高轎車的乘坐舒適性，減少噪聲對環(huán)境的影響，國家制定了關(guān)于轎車車內(nèi)噪聲和車外通過噪聲行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對相關(guān)產(chǎn)品的振動、噪聲限值作出了嚴(yán)格的規(guī)定，并使產(chǎn)品的噪聲限值和振動限值逐年降低。GB1495—2002 規(guī)定汽車降噪標(biāo)準(zhǔn)分前后2 個(gè)階段實(shí)施，第 2 階段限值于 2005 年實(shí)施。同時(shí)，在當(dāng)前全球汽車行業(yè)激烈的市場競爭中，國產(chǎn)自主品牌汽車的價(jià)格優(yōu)勢早已不是消費(fèi)者購買的決定性因素，汽車的乘坐舒適性已成為消費(fèi)者購車時(shí)所考慮的主要因素，也是汽車廠商新車型設(shè)計(jì)時(shí)關(guān)注的重點(diǎn)。NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪聲、振動、舒適度）是車輛性能和質(zhì)量的重要綜合指標(biāo)，是駕駛員和乘員對舒適性最直觀的感受，也是衡量汽車廠商車型設(shè)計(jì)和制造水平的重要指標(biāo)之一。車輛 NVH 性能的好壞直接影響產(chǎn)品的市場競爭力，以改善汽車乘坐舒適性為目的的汽車NVH性能研究變得更加重要。因此，越來越多的國內(nèi)整車廠商重視車輛的 NVH 問題，投入大量研發(fā)經(jīng)費(fèi)用于解決車輛 NVH 問題，以提高自身品牌的核心競爭力。文中針對某車型在加速工況下出現(xiàn)的異響問題，采用 LMS 振動噪聲測試設(shè)備和軟件以及仿真軟件 Abaqus，運(yùn)用仿真與試驗(yàn)相結(jié)合的方法，在特定測試工況下結(jié)合發(fā)動機(jī)臺架噪聲測試及車內(nèi)加速噪聲、整車關(guān)鍵部位的振動和近場噪聲測量，使用動剛度測試、階次跟蹤測試等測試方法對整車車內(nèi)加速異響源進(jìn)行識別和診斷，提出相對應(yīng)的改進(jìn)方案并進(jìn)行主觀評價(jià)和試驗(yàn)驗(yàn)證，最終使得整車車外加速異響得到控制，并將改進(jìn)方案工程化。主要技術(shù)流程如圖 1 所示。

1 加速異響診斷

異響是指非正常的響聲和振動，正常運(yùn)行的車輛和發(fā)動機(jī)是沒有異響的，所以異響很容易被感知，并且極大地影響整車的質(zhì)量評價(jià)。文中研究的異響在整車上的表現(xiàn)是：WOT（Whole OpenThrottle）工況 D 擋緩加速（1 000~2 000 r/min），車內(nèi)能聽見“咕?！甭暎曇舻统劣幸?guī)律，主觀感覺受轉(zhuǎn)速影響，副駕駛位置比主駕駛位置明顯，N 擋工況沒有該異響問題。所有下線車輛中，異響車輛占很大比例。

1.1 整車 NVH 測試為查找噪聲源和作用機(jī)理，進(jìn)行了車內(nèi)噪聲測試，根據(jù)主觀評價(jià)結(jié)論，選取副駕駛左耳測點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。通過對副駕駛左耳 COLORMAP圖進(jìn)行分析（如圖 2 所示），發(fā)現(xiàn)車內(nèi)噪聲峰值分布在（390±10）Hz、630 Hz 頻率段。將加速異響聲錄音的濾波回放，鎖定加速異響產(chǎn)生頻率段為（390±10）Hz。該峰值頻率段不隨轉(zhuǎn)速變化，所有階次噪聲在該頻段內(nèi)都被放大，由此可判斷：1）該異響與轉(zhuǎn)速無關(guān)，排除發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)部件產(chǎn)生噪聲的可能性，也排除該異響由發(fā)動機(jī)燃燒噪聲產(chǎn)生；2）可推斷出該異響是發(fā)動機(jī)機(jī)械噪聲，且是由于共振或強(qiáng)迫振動產(chǎn)生；3）附件輪系受到強(qiáng)迫振動影響而在該頻段對噪聲貢獻(xiàn)很大，并非附件輪系本身問題。

從車內(nèi)噪聲測試數(shù)據(jù)可以了解異響的成分和頻率分布情況，但噪聲成分的主要來源還無法確定，需要進(jìn)一步的排查。

1.2 發(fā)動機(jī)臺架 NVH 測試

為驗(yàn)證該車內(nèi)噪聲異響是否為動力總成自身噪聲引起，在中國汽車技術(shù)研究中心半消聲室進(jìn)行發(fā)動機(jī) NVH 臺架試驗(yàn)。測試發(fā)動機(jī)為 4 缸渦輪增壓發(fā)動機(jī)，按照 GB/T 1859—2000 規(guī)定布置麥 克風(fēng)，并在發(fā)動機(jī)機(jī)體、附件輪系支架和進(jìn)排氣 位置布置振動傳感器，以排查是否為發(fā)動機(jī)本體 產(chǎn)生的異響。采用發(fā)動機(jī)階次跟蹤測試方法，測 試工況為發(fā)動機(jī)1 000～5 000 r/min瞬態(tài)滿載工況， 加速時(shí)間為 60 s。從測試數(shù)據(jù)分析來看，圖 3 所示 為發(fā)動機(jī) NVH 臺架測試部分測點(diǎn)數(shù)據(jù)，分別為進(jìn) 氣側(cè)測點(diǎn)、發(fā)動機(jī)前端測點(diǎn)、排氣側(cè)測點(diǎn)、發(fā)動 機(jī)頂部測點(diǎn)。所有測試數(shù)據(jù)在車內(nèi)異響頻段范圍 （390±10）Hz 均沒有峰值產(chǎn)生，證明異響非發(fā)動 機(jī)本體產(chǎn)生。

1.3 發(fā)動機(jī)整機(jī)模態(tài)分析

整機(jī)的振動噪聲與其自身結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型是密切相關(guān)的，當(dāng)發(fā)動機(jī)的激勵(lì)峰值對應(yīng)頻率與結(jié)構(gòu)某階模態(tài)頻率相一致時(shí)，將會在輻射噪聲譜上出現(xiàn)峰值。若該峰值過高，則對整個(gè)結(jié)構(gòu)輻射的噪聲有較大影響，可根據(jù)該階模態(tài)振型的信息而采取相應(yīng)的措施，以改變該階模態(tài)的固有頻率、阻尼，或者重新設(shè)計(jì)剛度和質(zhì)量分配等參數(shù)，使得結(jié)構(gòu)的固有頻率移向不易發(fā)生共振的頻率點(diǎn)上。通過整機(jī)模態(tài)分析，找出與異響頻段相對應(yīng)的頻率段振動較大的零部件為整車右懸置支架和空壓機(jī)（如圖 4 所示）。

1.4 右懸置支架動剛度測試

動剛度指的是結(jié)構(gòu)在外部激勵(lì)載荷作用下對每一個(gè)頻率的動態(tài)響應(yīng)。動剛度測試是查找結(jié)構(gòu)共振的最佳測試方案。為驗(yàn)證仿真計(jì)算結(jié)果并分析異響聲源的作用機(jī)理，對整車狀態(tài)下的發(fā)動機(jī)右懸置支架動剛度進(jìn)行測試，測試結(jié)果表明：右懸置支架在（390±10）Hz 頻段下剛度最弱（如圖 5 所示）。為進(jìn)一步驗(yàn)證排查結(jié)果，將右懸置支架拆除，加速異響消失，因此右懸置支架的結(jié)構(gòu)動態(tài)特性是導(dǎo)致加速異響的直接原因。查明問題原因后，只需要將懸置支架的結(jié)構(gòu)動剛度谷值偏離（390±10）Hz 頻段即可解決加速異響問題。

2 改進(jìn)方案及驗(yàn)證評價(jià)

根據(jù)排查結(jié)果，對發(fā)動機(jī)右懸置支架進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，改變其結(jié)構(gòu)剛度特性。對優(yōu)化后的樣件裝車進(jìn)行主觀評價(jià)和試驗(yàn)驗(yàn)證，重新設(shè)計(jì)的樣件共 3 種方案，首選主觀評價(jià)最優(yōu)方案進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

根據(jù)主觀評價(jià)得分，選擇設(shè)計(jì)方案 3 進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。為保證一致性，增加了測試樣本車，選擇 5 輛車進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)方案 3 能夠很好地抑制加速異響，圖 7 為其中一臺車的原狀態(tài)與改進(jìn)方案 3 車內(nèi)副駕駛左耳側(cè)測點(diǎn)數(shù)據(jù)的對比，從圖中可見，390 Hz 頻段的峰值在改進(jìn)方案 3 中已經(jīng)不再呈現(xiàn)。

3 結(jié) 論采用試驗(yàn)和 CAE 仿真相結(jié)合的方法，找出加速異響源，提出優(yōu)化改進(jìn)方案，同時(shí)結(jié)合主觀評價(jià)和驗(yàn)證試驗(yàn)，能夠快速診斷并提升整車 NVH性能。通過系統(tǒng)性的排查和診斷，該加速異響是由發(fā)動機(jī)右懸置支架動剛度弱引起。由于該懸置支架的特殊結(jié)構(gòu)形式，支架將振動能量直接傳遞到發(fā)動機(jī)輪系支架，引起附件輪系在 390 Hz 頻段內(nèi)的強(qiáng)迫振動，輪系振動又反作用于懸置支架，造成該頻段加速異響。在識別加速異響聲源和作用機(jī)理后，對右懸置支架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，進(jìn)行了主觀評價(jià)和驗(yàn)證試驗(yàn)，有效地抑制了加速異響的發(fā)生，同時(shí)綜合考慮量產(chǎn)車成本和零部件生產(chǎn)周期，選取了切實(shí)可行的工程化方案。作者：賀娜娜 1，周昭求 1，魯守衛(wèi) 1，辛振芳 2作者單位：（1. 北京汽車動力總成有限公司技術(shù)中心，北京 101108；2. 北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院，北京 100081）來源：《北京汽車》2015.No.1