基于LMS Tes.Lab某車NVH實(shí)驗(yàn)分析與改進(jìn)

張旭

(山東理工職業(yè)學(xué)院,山東濟(jì)寧 272100)

0 引言

車內(nèi)噪聲的存在，影響乘員對(duì)車內(nèi)舒適性的感受，同時(shí)，長期置于一定的車內(nèi)噪聲中，對(duì)乘員的聽力造成損害[1]。隨著人們對(duì)汽車車內(nèi)環(huán)境舒適性的要求不斷提高，對(duì)車內(nèi)噪聲的控制要求也不斷提高。這就要求在整車設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，充分考慮車內(nèi)舒適性并采取有效的控制措施，使車內(nèi)的噪聲水平滿足舒適性要求。

進(jìn)氣系統(tǒng)作為主要噪聲源之一，其必然也成為NVH(Noise、Vibration、Harshness)的重要研究控制對(duì)象。進(jìn)氣系統(tǒng)除了因氣體流動(dòng)引起的進(jìn)氣噪聲，還有因進(jìn)氣系統(tǒng)與車身連接處的連接點(diǎn)動(dòng)剛度不足引起的結(jié)構(gòu)噪聲。動(dòng)剛度是在動(dòng)載荷作用下抵抗變形的能力，動(dòng)剛度不足會(huì)對(duì)整車乘坐舒適性和車身結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命產(chǎn)生十分不利的影響。動(dòng)剛度對(duì)乘坐舒適性的影響,主要表現(xiàn)在NVH性能上[2-3]。本文作者針對(duì)車內(nèi)噪聲水平較差，對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)中空濾安裝點(diǎn)動(dòng)剛度進(jìn)行加強(qiáng)，使得車內(nèi)噪聲水平改善。

1 測試方案與數(shù)據(jù)分析

對(duì)于汽車NVH性能來講，3擋全油門(以下稱3G WOT)是經(jīng)常要考察的工況之一，在開發(fā)一部新車和評(píng)價(jià)其參考車的車內(nèi)噪聲時(shí)，WOT能快速檢驗(yàn)和比較出汽車的噪聲水平[4]。因此，文中是基于3G WOT工況進(jìn)行排查驗(yàn)證。

試驗(yàn)設(shè)備：LMS的32通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)SCMD5用來采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)；LMS Test.Lab的Signature Testing-Advanced用于在線采集數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理；PCB三向振動(dòng)傳感器輸出振動(dòng)，BSWA麥克風(fēng)輸出噪聲測試數(shù)據(jù)，小野Onosokki 傳感器IP-296用于采集實(shí)車測試中發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速信號(hào)。

測試工況和實(shí)驗(yàn)條件：在道路實(shí)驗(yàn)中，測試地點(diǎn)選擇在環(huán)境相對(duì)安靜(環(huán)境噪聲低于被測噪聲10 dB以上)、地面較為平整的瀝青道路上，在3G WOT工況下，對(duì)該車進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速追蹤范圍為1 000～5 000 r/min。試驗(yàn)載荷為：整備車身、采集數(shù)據(jù)工程師1名、專業(yè)駕駛員1名。測試時(shí)，車內(nèi)無異物，避免出現(xiàn)異響。為保證數(shù)據(jù)的可靠性，需進(jìn)行多次同工況采集，對(duì)一致性較好的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均計(jì)算[5]。

采樣頻率：振動(dòng)信號(hào)采樣頻率為5 120 Hz，頻率分辨率為1 Hz，譜線數(shù)為5 120 Hz；聲壓信號(hào)采樣頻率為10 240 Hz，頻率分辨率為1 Hz，譜線數(shù)為10 240 Hz。

在進(jìn)行問題排查測試之前，要對(duì)汽車排查前原狀態(tài)進(jìn)行測試，為排查過程中數(shù)據(jù)對(duì)比提供參考。文中測試主要針對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)安裝點(diǎn)斷開排查，斷開安裝點(diǎn)后，墊入海綿等物體以隔絕振動(dòng)。在排查過程中發(fā)現(xiàn)，斷開空氣濾清器的3個(gè)(共3個(gè))安裝點(diǎn)車內(nèi)前排噪聲改善明顯，測試結(jié)果對(duì)比如圖1所示。由圖可知，斷開空濾安裝點(diǎn)車內(nèi)噪聲總聲壓級(jí)下降。因此，懷疑空濾安裝點(diǎn)動(dòng)剛度較低。

圖1 斷開空濾安裝點(diǎn)車內(nèi)聲學(xué)對(duì)比

2 空濾安裝點(diǎn)動(dòng)剛度測試

動(dòng)剛度指的是同一位置、同一方向上的激勵(lì)力與位移之比。原點(diǎn)動(dòng)剛度主要能呈現(xiàn)的是在所關(guān)注的頻率范圍內(nèi)該連接點(diǎn)局部區(qū)域的剛度水平，動(dòng)剛度過低必然會(huì)引起更大的噪聲，因此，該性能指標(biāo)對(duì)整車的NVH性能有較大的影響。

空濾安裝點(diǎn)的位置如圖2所示。為了進(jìn)一步確定空濾安裝點(diǎn)的動(dòng)剛度是否存在問題，對(duì)空濾安裝點(diǎn)的動(dòng)剛度進(jìn)行測試。由于空濾前兩個(gè)安裝點(diǎn)的位置比較接近，且在同一個(gè)支架上，把前安裝點(diǎn)的兩個(gè)點(diǎn)作為一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)剛度測試。測試采用LMS動(dòng)態(tài)測試系統(tǒng)中的Impact Testing模塊進(jìn)行信號(hào)采集，在安裝點(diǎn)位置安放一個(gè)三向振動(dòng)傳感器，對(duì)測點(diǎn)位置進(jìn)行錘擊采集數(shù)據(jù)，主要觀察500 Hz以內(nèi)的頻率響應(yīng)?？諡V前、后安裝點(diǎn)的動(dòng)剛度測試結(jié)果如圖3和圖4所示?？諡V前安裝點(diǎn)Z向動(dòng)剛度超出200 N/mm(目標(biāo)要求)和50 N/mm，未達(dá)到目標(biāo)要求；空濾后安裝點(diǎn)Z向動(dòng)剛度也超出200 N/mm(目標(biāo)要求)和50 N/mm，未達(dá)到目標(biāo)要求?？諡V前、后安裝點(diǎn)Z向動(dòng)剛度均未達(dá)到目標(biāo)要求，因此需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。

圖2 空濾安裝點(diǎn)位置

圖3 空濾前安裝點(diǎn)動(dòng)剛度測試結(jié)果

圖4 空濾后安裝點(diǎn)動(dòng)剛度測試結(jié)果

3 空濾安裝點(diǎn)動(dòng)剛度優(yōu)化

根據(jù)動(dòng)剛度測試結(jié)果，明確了空濾前、后安裝點(diǎn)動(dòng)剛度不足的問題。針對(duì)空濾前、后安裝點(diǎn)的動(dòng)剛度不足，采用CAE對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。在整車模型中對(duì)空濾安裝點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)剛度分析需要大量的求解時(shí)間，由于關(guān)注點(diǎn)為空濾安裝點(diǎn)，為節(jié)省求解時(shí)間，提高效率，在已建立好的整車模型中，將含有空濾安裝點(diǎn)的局部模型截取出來，在車身截?cái)嗵幖尤s束模擬斷面的邊界條件，構(gòu)建部分車身模型進(jìn)行優(yōu)化，局部模型如圖2(a)所示。

由于空濾前、后安裝點(diǎn)主要是Z向動(dòng)剛度不足，因此采取優(yōu)化措施主要提高Z向的動(dòng)剛度。

優(yōu)化措施：前安裝點(diǎn)支架往Z向延長約50 mm，增加與前端模塊連接；后安裝點(diǎn)支架往Z向翻邊約20 mm，同時(shí)增加與左前縱梁焊接。優(yōu)化方案如圖5所示。

圖5 前、后安裝點(diǎn)優(yōu)化方案

4 優(yōu)化方案驗(yàn)證

將新的優(yōu)化方案應(yīng)用于整車，對(duì)其優(yōu)化效果進(jìn)行驗(yàn)證，測試方法與前述測試方法相同，得到車內(nèi)聲學(xué)聲壓曲線和空濾前、后安裝點(diǎn)Z向振動(dòng)特性，并與原狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。車內(nèi)聲學(xué)對(duì)比如圖6所示，由圖可知，優(yōu)化后的前排聲學(xué)雖沒有斷開空濾安裝點(diǎn)改善明顯，但相比原狀態(tài)已有很大改善。空濾前、后安裝點(diǎn)Z向振動(dòng)對(duì)比如圖7所示，前、后安裝點(diǎn)Z向振動(dòng)幅值均減小，說明優(yōu)化方案有效。

圖6 優(yōu)化前后車內(nèi)聲學(xué)對(duì)比

圖7 空濾前、后安裝點(diǎn)Z向振動(dòng)特性對(duì)比

5 結(jié)論

(1)首先通過斷開空濾安裝點(diǎn)3擋全油門加速工況測試數(shù)據(jù)與原狀態(tài)同工況測試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，斷開空濾安裝點(diǎn)車內(nèi)噪聲水平較好，因此引出空濾安裝點(diǎn)動(dòng)剛度不足的猜想。

(2)通過安裝點(diǎn)動(dòng)剛度錘擊測試，明確了空濾安裝點(diǎn)動(dòng)剛度不足的問題。

(3)針對(duì)空濾安裝點(diǎn)動(dòng)剛度不足的問題，利用整車局部模型對(duì)空濾安裝點(diǎn)動(dòng)剛度不足進(jìn)行改進(jìn)。

(4)將改進(jìn)措施應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)車，最后通過測試驗(yàn)證，與原狀態(tài)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，車內(nèi)噪聲水平改善，提高了乘坐舒適性。