變速箱懸置橫梁對某輕客NVH影響的研究分析

王 磊

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

變速箱懸置橫梁對某輕客NVH影響的研究分析

王 磊

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章主要針對某輕型客車變速箱懸置橫梁結(jié)構(gòu)對整車 NVH的影響進行分析研究。通過對整車結(jié)構(gòu)件固有頻率進行匹配，優(yōu)化變速箱懸置橫梁結(jié)構(gòu)，進而改變變速箱懸置橫梁固有頻率以提升整車 NVH性能。結(jié)合 CAE分析及整車試驗對比，最終確認滿足NVH性能要求的變速箱懸置橫梁結(jié)構(gòu)。

懸置；橫梁；NVH；模態(tài)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.014

CLC NO.: U463.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-38-03

引言

從上世紀90年代初至今，我國汽車工業(yè)有了長足發(fā)展，部分學科已經(jīng)與國際接軌，但從目前乘用車自主品牌銷量情況可以看出，我國汽車工業(yè)總體水平較歐美日韓系汽車仍有較大差距。整車設(shè)計需要從原理、材料、結(jié)構(gòu)、精度、性能、成本到模塊化、標準化等各方面大集成設(shè)計，這對我國汽車工業(yè)設(shè)計仍有極大的挑戰(zhàn)。

NVH性能是目前國內(nèi)汽車行業(yè)較流行的詞匯。之所以NVH被提到了一個較高的行業(yè)高度是因為大量的輕量化及減震新材料、新結(jié)構(gòu)應用，這些新技術(shù)的應用對整車油耗、碰撞安全性、舒適性等性能都有較大提升，這就逼迫 NVH提升設(shè)計水平以滿足整車的需求。如寶鋼的TRIP、CP鋼等以及2015年全球首發(fā)的第三代超高強鋼Q&P鋼，其各項性能均大大優(yōu)于傳統(tǒng)鋼種：部分鋼種傳統(tǒng)的熱軋工藝可以用冷軋工藝實現(xiàn)，整車板材更薄更輕；動力總成支撐橫梁與車身連接，更多地增加了二級減震機構(gòu)；局部共振多采用動力吸振器等。諸多因素均導致整車結(jié)構(gòu)模態(tài)成倍增加，尤其對500Hz以下零部件結(jié)構(gòu)實現(xiàn)形成極大挑戰(zhàn)。

目前國內(nèi)NVH主要驗證設(shè)施如半消、全消消聲室混響室，LMS郎德B&K振動噪聲分析儀等已基本齊全，但試驗方法及準確性仍需要5-10年的發(fā)展。如各結(jié)構(gòu)白車身模態(tài)、動力總成剛體模態(tài)等準確性不高或無法測出振型都是亟待提高的驗證技術(shù)。我國正處于汽車工業(yè)發(fā)展的初、中級階段，雖然各自主品牌已經(jīng)推出二代甚至是三代車型，但整車開發(fā)仍難免有模仿的痕跡。學科沒有發(fā)展到一定水平必然會存在各種各樣的問題，對于NVH工程師目前更多的工作是使用更先進的技術(shù)以解決老平臺車型問題，這與整車正向開發(fā)工作方法有較大不同。

本文主要針對某歐系 VAN的變速箱懸置橫梁結(jié)構(gòu)對整車NVH影響進行分析研究，得到滿足整車NVH的方案。

1、變速箱懸置橫梁激勵源分析

某輕型客車在勻速工況 70km/h、80km/h車速行駛過程中車內(nèi)產(chǎn)生共鳴音，噪聲聲壓級明顯增大。為進一步了解產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因，對動力總成懸置系統(tǒng)進行分析，具體分析如下：

（1）從全油門加速工況頻譜圖可以看出振動激勵源為發(fā)動機4階激勵，在200Hz～250Hz范圍內(nèi)產(chǎn)生共振區(qū)域，對應發(fā)動機轉(zhuǎn)速為3000rpm～3750rpm，這與整車車速檔位相對應。由此可知，動力總成懸置系統(tǒng)必然存在激勵局部放大問題，整車在此頻率區(qū)存在多個零部件共振區(qū)，動力傳動系統(tǒng)還可能存在激勵放大問題。

（2）動力總成懸置系統(tǒng)隔振率在怠速、全油門升速、勻速等各工況均在20dB以上，隔振效果較好。

（3）支架動剛度試驗：其他支架均滿足設(shè)計要求，僅變速箱懸置橫梁模態(tài)＜500Hz。

此時基本鎖定振動放大源為變速箱懸置橫梁，其模態(tài)為213.10Hz、231.74Hz。

（4）動力傳動系統(tǒng)模態(tài)分析：傳動軸 4階模態(tài)為210.36Hz。此模態(tài)與變速箱懸置橫梁213.10Hz模態(tài)在發(fā)動機轉(zhuǎn)速為3075-3270rpm均產(chǎn)生共振。

綜上所述，振動能量主要由變速箱懸置橫梁及傳動軸這兩個動力總成連接部件產(chǎn)生，由其他零部件產(chǎn)生的共振能量較低，且零部件眾多，因此優(yōu)先解決主要振動部件。

2、零部件分析及優(yōu)化

（1）變速箱懸置橫梁實物模態(tài)試驗

（2）變速箱懸置橫梁CAE模態(tài)分析

由此可知CAE分析基本與試驗值相吻合，具有一定可信性。

（3）變速箱懸置橫梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在橫梁中間支架與橫梁本體之間增加支撐結(jié)構(gòu)，提升其Y向剛度及整體扭轉(zhuǎn)剛度。具體如下示意圖，上加強筋、下加強筋、上下加強筋三種方案。

表1

從設(shè)計要求判斷，上加強筋方案滿足設(shè)計要求且成本低。具體模態(tài)云圖如下：

3、變速箱懸置橫梁對NVH影響的驗證

（1）三種方案整車80km/h工況噪聲對比表

表2

從總聲壓級判斷上加強筋與上下加強筋方案均滿足整車噪聲要求，但上下加強筋方案更優(yōu)。

（2）整車噪聲譜圖

（3）整車噪聲總聲壓級圖

4、方案選擇

根據(jù)整車驗證效果及成本綜合考慮結(jié)果，使用上加強筋方案。

5、結(jié)論

本文主要針對變速箱懸置橫梁在整車NVH設(shè)計匹配中不同結(jié)構(gòu)對整車性能的影響，找出滿足輕客整車要求的設(shè)計方案。

通過上述分析可知，NVH性能是整車級性能，需整車各系統(tǒng)零部件統(tǒng)籌設(shè)計。動力總成支架一般模態(tài)需＞500Hz，對于變速箱懸置橫梁類似結(jié)構(gòu)件由于結(jié)構(gòu)復雜，其頻率一般在 150Hz～300Hz之間，因此此結(jié)構(gòu)件需重點與相關(guān)系統(tǒng)進行頻率分布設(shè)計。

通過上述分析變速箱懸置支撐橫梁結(jié)構(gòu)特點，建立輕客系列車型模態(tài)分布表，確定變速箱懸置橫梁模態(tài)范圍260Hz-320Hz，為專業(yè)化分工產(chǎn)品設(shè)計提供合理理論邊界條件。

[1] 劉惟信.汽車設(shè)計[M].北京:清華大學出版社,2001(07).

[2] 余志生.汽車理論[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006(05).

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[4] 顧宇慶,李俊鵬,梁新華,梁映珍.轎車副車架連接點動剛度試驗分析[J].機械研究與應用,2012(06).

Cross member on the VAN NVH Sensitivity Analysis

Wang Lei
( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

This paper research the cross member on the impact of NVH for a VAN. By matching the modes of the spare parts for VAN, and optimize the structure of the cross member to optimize the mode of cross member, to enhance the sensitivity of the VAN NVH performance. Comparative tests on the VAN to detect joining CAE analysis, the final confirmation to meet the structure of the cross member and layout of NVH performance requirements.

mount; cross member; NVH; mode

U463.4

A

1671-7988（2015）09-38-03

王磊，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心。