基于動剛度的車內(nèi)降噪研究

常光寶，梁靜強(qiáng)，呂俊成，李書陽

(上汽通用五菱汽車股份有限公司,廣西柳州 545007)

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基于動剛度的車內(nèi)降噪研究

常光寶，梁靜強(qiáng)，呂俊成，李書陽

(上汽通用五菱汽車股份有限公司,廣西柳州 545007)

白車身安裝點(diǎn)動剛度特性對整車車內(nèi)振動與噪聲有較大影響。采用動剛度分析方法，通過優(yōu)化提升第五排氣吊鉤的動剛度，使得后排左乘員右耳處聲壓由73 dB降至64.6 dB,降噪8.4 dB，后排右乘員左耳處聲壓由73.1 dB降至63.2 dB,降噪9.9 dB。在項(xiàng)目開發(fā)前期提升白車身安裝點(diǎn)的動剛度，可以在前期有效控制車內(nèi)振動噪聲。

動剛度；優(yōu)化；噪聲控制

0　引言

動剛度是動載荷下抵抗變形的能力，動剛度過低將嚴(yán)重影響車輛振動疲勞以及整車乘坐舒適性[1]。汽車在實(shí)際行駛過程中，會受到多種工況下的動態(tài)載荷作用。當(dāng)動態(tài)載荷與車身系統(tǒng)的動力學(xué)特性很接近時，即動載荷的某個分量與車身系統(tǒng)的某階模態(tài)的固有頻率接近時，將可能引發(fā)結(jié)構(gòu)共振產(chǎn)生較高的動應(yīng)力，導(dǎo)致車身的疲勞破壞；車輛在實(shí)際運(yùn)行中受到發(fā)動機(jī)激勵、路面激勵、進(jìn)排氣激勵等激勵影響，這些激勵通過白車身硬點(diǎn)(懸置安裝點(diǎn)、懸掛安裝點(diǎn)、排氣系統(tǒng)吊鉤安裝點(diǎn)等)將振動傳遞至車身上，進(jìn)而引起車內(nèi)振動與噪聲。安裝點(diǎn)動剛度越大，傳遞至車身的能量越小，所以需要提高安裝點(diǎn)的動剛度以減少外界能量的輸入，進(jìn)而減小車內(nèi)振動與噪聲。文中針對某車型車內(nèi)后排噪聲大的問題，經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)該問題是由排氣系統(tǒng)第五吊鉤安裝點(diǎn)的動剛度過低引起，通過提升其動剛度大大降低了車內(nèi)噪聲。

1　動剛度概念與基本理論

動剛度是結(jié)構(gòu)產(chǎn)生單位振幅所需要的動態(tài)力．表征了結(jié)構(gòu)在動態(tài)載荷下抵抗變形的能力[2]。對于受簡諧振動的單自由度系統(tǒng)，有阻尼振動系統(tǒng)的振動微分方程[3]為

(1)

這里用一個復(fù)向量來表示激勵。指數(shù)函數(shù)eiωt與三角函數(shù)cosωt和sinωt有如下關(guān)系

eiωt=cosωt+isinωt

(2)

eiωt可以看作在一個復(fù)平面內(nèi)以角速度ω旋轉(zhuǎn)的單位向量。因而，cosωt就是復(fù)向量在實(shí)軸上的投影，即eiωt的實(shí)部，而sinωt為eiωt的虛部。這樣，穩(wěn)態(tài)響應(yīng)可以表示為

x=Xei(ωt-φ)

(3)

于是有

(4)

將式(3)和式(4)代入方程(1)得

(5)

(6)

由式(6)可得動剛度為：

(7)

由式(7)可得動剛度的幅值為

(8)

由式(8)可見：動剛度并不是一個常數(shù)，而是隨頻率的改變而變化，是頻率的函數(shù)。同一系統(tǒng)的動剛度，對于各種不同的振動，雖然其數(shù)值各不相同，但都取決于其本身的參數(shù)(靜剛度k、阻尼比ξ和質(zhì)量)，而且在不同頻率范圍內(nèi)，各參數(shù)對動剛度的影響是不同的。

2　車內(nèi)噪聲問題分析

某OTS樣車在主觀評估時發(fā)現(xiàn)車內(nèi)后排乘員處聲壓級較大，經(jīng)測試排查發(fā)現(xiàn)是車身側(cè)第五排氣吊鉤安裝點(diǎn)動剛度過低引起的?，F(xiàn)對第五排氣吊鉤進(jìn)行動剛度分析，并在此基礎(chǔ)上對其進(jìn)行動剛度優(yōu)化分析。利用優(yōu)化后的新結(jié)構(gòu)，分析對車內(nèi)噪聲的降噪效果。

3　動剛度仿真分析

3.1建立有限元模型

(1)根據(jù)HyperMesh軟件，建立某公司某一車型白車身的有限元模型，采用四邊形殼單元(CQUAD4)和三角形殼單元(CTRIA3)劃分網(wǎng)格，在劃分過程中，模型三角形殼單元應(yīng)控制在5%以內(nèi)，模型如圖1所示。

(2)利用Radioss求解器進(jìn)行模態(tài)頻響分析。因?yàn)槟B(tài)計(jì)算階數(shù)會顯著影響其計(jì)算精度，那么依據(jù)模態(tài)截?cái)嗬碚?，按模態(tài)最高頻率至少為分析頻率兩倍的原則[4-5]設(shè)定分析階次頻率。

3.2動剛度結(jié)果分析

對上述有限元模型進(jìn)行動剛度分析，其車身側(cè)第五排氣吊鉤的動剛度分析結(jié)果如圖2所示。

圖2中的曲線是遷移率曲線(a/F)，即加速度與力的比值[單位:mm/(s2·N)]曲線，為了便于分析，將動剛度曲線轉(zhuǎn)化為遷移率曲線。由圖2可知：其X、Y、Z3個方向的動剛度值均不滿足目標(biāo)曲線要求，下一步將對它進(jìn)行優(yōu)化。

3.3動剛度優(yōu)化分析

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)吊鉤自身剛度較弱，導(dǎo)致它在整個頻率段內(nèi)動剛度較弱，現(xiàn)對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行更改，增加一吊鉤加強(qiáng)支撐作用，提高其剛度，并將吊鉤沿縱梁縱面垂直方向縮短10 mm，減小吊鉤的懸臂長度，如圖3所示。

優(yōu)化后，動剛度結(jié)果曲線如圖4所示。分析優(yōu)化后的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：吊鉤X、Y、Z3個方向的動剛度均達(dá)到目前要求。

4　車內(nèi)噪聲改善情況

通過噪聲傳函分析，發(fā)現(xiàn)第五排氣吊鉤為激勵點(diǎn)時，后排乘員耳朵處聲壓級較大，吊鉤結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，后排乘客耳朵處聲壓級前后對比如圖5所示。

由圖5可知：更改吊鉤后，后排左乘員右耳處聲壓由73 dB降至64.6 dB,降噪8.4 dB。后排右乘員左耳處聲壓由73.1 dB降至63.2 dB,降噪9.9 dB。由此可見，通過改善車身側(cè)第五排氣吊鉤的動剛度對車內(nèi)噪聲聲壓級改善明顯，為車內(nèi)降噪提供了技術(shù)方向。

5　結(jié)論

以白車身車身側(cè)第五排氣吊鉤為研究對象，分析了其安裝點(diǎn)動剛度并對其進(jìn)行了優(yōu)化分析。通過提升車身側(cè)第五排氣吊鉤的動剛度，使得車內(nèi)噪聲顯著得到改善，后排左乘員右耳朵處聲壓由73 dB將至64.6 dB,降噪8.4 dB；后排右乘員左耳處聲壓由73.1 dB降至63.2 dB,降噪9.9 dB。

【1】王學(xué)軍，張覺慧，陳曉宇.轎車車身動剛度優(yōu)化[J].上海汽車，2003(1)：20-22.

WANG Xuejun,ZHANG Juehui,CHEN Xiaoyu.Optimization of The Car Body Dynamic Stiffness[J].Shanghai Auto,2003(1)：20-22.

【2】靳曉雄，張立軍，江浩.汽車振動分析[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2006.

【3】周安勇，侯蕾，劉旌揚(yáng).白車身接附點(diǎn)動剛度優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].汽車技術(shù)，2013(6):16-19.

ZHOU Anyong,HOU Lei,LIU Jingyang.Optimization of Dynamic Stiffness for BIW Attaching Points[J].Automobile Technology,2013(6):16-19.

【4】Altair公司.Altair/Hypermesh user’s guide[M].

【5】Basic Dynamic Analysis,MSC/Nastran user’s guide[M].

Noise Decrease Research Based on Dynamic Stiffness

CHANG Guangbao, LIANG Jingqiang, LV Juncheng, LI Shuyang

(SAIC GM Wuling Automobile Co.,Ltd.,Liuzhou Guangxi 545007,China)

In order to reduce the noise in vehicle, the dynamic stiffness analysis method was utilized. The dynamic stiffness of the fifth exhaust hook was optimized,so the sound pressure of left rear passenger’s right ear was changed from 73 dB to 64.6 dB, and that of the right rear passenger’s left ear was changed from 73.1 dB to 63.2 dB. In early stage of project development, improving the dynamic stiffness of white body mounting point can effectively control vehicle vibration noise in early stage.

Dynamic stiffness; Optimization; Noise control

2016-04-20

常光寶,男，碩士，目前從事整車NVH仿真分析工作。E-mail：cgb19840815@163.com。

U461.4

A

1674-1986(2016)07-022-03