某輕客高速行駛時(shí)側(cè)圍振動(dòng)的分析及優(yōu)化

康春香，吳根忠

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

某輕客車型是一款以載客為主，主打中高端市場(chǎng)的歐系輕客，客戶對(duì)其舒適性期望很高，與乘用車相當(dāng)。而市場(chǎng)一輛該車型在車速110Km/h左右時(shí)，車廂中部側(cè)圍（C柱位置）振動(dòng)明顯，導(dǎo)致客戶抱怨極大，對(duì)品牌形象造成很大影響。針對(duì)此問(wèn)題，本文對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)分析和方案探索。

1 問(wèn)題原因分析

1.1 實(shí)物調(diào)查

對(duì)問(wèn)題車進(jìn)行檢測(cè)，在側(cè)圍C柱上粘貼9個(gè)振動(dòng)傳感器進(jìn)行測(cè)試，具體布置位置如圖 1所示，測(cè)試儀表顯示車速110Km/h（實(shí)際車速約為 Km/h）時(shí)側(cè)圍振動(dòng)，結(jié)果顯示，側(cè)圍振動(dòng)頻率為13.87Hz，7點(diǎn)Y向振動(dòng)最大，達(dá)到0.42g，3點(diǎn)Y向振動(dòng)次之，為0.3g。

通過(guò)90-120Km/h加速掃頻測(cè)試分析，14.38Hz為振動(dòng)最大的頻率點(diǎn)。測(cè)試 90-120km/h加速，車輪激勵(lì)從 11.74Hz升高到15.65Hz，分析3點(diǎn)和7點(diǎn)Y向振動(dòng)，從數(shù)據(jù)看，14.38Hz為振動(dòng)最大的頻率，從形態(tài)特征看，問(wèn)題為共振引起的振動(dòng)問(wèn)題。

圖1 傳感器布置示意圖

1.2 原因分析

1.2.1 激勵(lì)源分析

（1）經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，5檔車速在110Km/h時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)軸激勵(lì)均高于100Hz，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)非此問(wèn)題激勵(lì)源。

（2）計(jì)算106Km/h時(shí)車輪怨偶激勵(lì)頻率為13.82Hz，與問(wèn)題頻率基本一致。

106Km/h車輪一階激勵(lì)頻率：

車速106Km/h，車輪線速度為29.444m/s，車輪滾動(dòng)周長(zhǎng)為2.13m。

圖2 振動(dòng)測(cè)試頻

（3）如圖3所示，測(cè)試后橋振動(dòng)頻率與車內(nèi)響應(yīng)點(diǎn)頻率相一致。

圖3 后橋底盤振動(dòng)與車內(nèi)響應(yīng)點(diǎn)頻率對(duì)比

（4）如圖4所示，開(kāi)展轉(zhuǎn)轂倒拖試驗(yàn)，后輪拖動(dòng)時(shí)與四輪拖動(dòng)時(shí)車內(nèi)響應(yīng)點(diǎn)振動(dòng)相當(dāng)。

圖4 轉(zhuǎn)轂倒拖車內(nèi)響應(yīng)

綜上四點(diǎn)，確認(rèn)激勵(lì)來(lái)自后輪一激勵(lì)。

1.2.2 傳遞路徑分析

根據(jù)激勵(lì)源及整車結(jié)構(gòu)分析，可以確認(rèn)振動(dòng)激勵(lì)源為后輪，如圖5所示，振動(dòng)產(chǎn)生后通過(guò)后橋及車身傳遞到側(cè)置，在側(cè)圍處產(chǎn)生響應(yīng)，分析此問(wèn)題需要進(jìn)行如下排查：

圖5 傳遞路徑示意圖

為了驗(yàn)證是否是車輪均勻性引起的問(wèn)題，通過(guò)控制后車輪的動(dòng)平衡、徑向均勻性、尺寸均勻性進(jìn)行驗(yàn)證。經(jīng)多次方案驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)控制后輪的動(dòng)平衡、徑向力和均勻性后，可降低振動(dòng)，但不能消除問(wèn)題。

通過(guò)后橋擾動(dòng)，改變簧下共振頻率、板簧剛度、減振器阻尼對(duì)問(wèn)題均無(wú)明顯的改善效果。

激勵(lì)后輪輪心，測(cè)試輪心到板后橋、板簧主動(dòng)側(cè)的VTF，在14-15Hz均未出現(xiàn)VTF峰值，說(shuō)明后橋并未放大后輪傳遞的振動(dòng)激勵(lì)。

利用互易性原理，測(cè)試左側(cè)C柱到車身底盤接附點(diǎn)車身側(cè)及右側(cè)C柱的VTF，在14-15Hz底盤接付點(diǎn)均不存在峰值，而如圖6所示，側(cè)圍C柱左右側(cè)均出現(xiàn)了14-15Hz左右的VTF峰值。

圖6 左側(cè)C柱到車身底盤接附點(diǎn)VTF

對(duì)車身側(cè)圍進(jìn)行 CAE模態(tài)分析，側(cè)圍呼吸模態(tài)頻率14.7Hz；試驗(yàn)測(cè)試側(cè)圍呼吸模態(tài)15.54Hz；動(dòng)態(tài)測(cè)試ODS分析顯示在110Km/s時(shí)，側(cè)圍呈現(xiàn)呼吸模態(tài)的振動(dòng)特征.

通過(guò) CAE模態(tài)分析、試驗(yàn)?zāi)B(tài)，ODS排查，可確定110Km/s時(shí)，側(cè)圍呼吸模態(tài)發(fā)生了共振。

傳遞路徑排查結(jié)果：

后輪激勵(lì)：有影響，非主因；

后橋傳遞路徑：無(wú)影響；

車身傳遞路徑：呼吸模態(tài)共振放大，最主要和根本的原因。

因此，在車速110Km/h左右，車身呼吸模態(tài)產(chǎn)生共振是引起側(cè)圍振動(dòng)的最主要和根本原因。

2 制定解決方案并實(shí)施

2.1 原車身C柱結(jié)構(gòu)分析

對(duì)某輕客車型進(jìn)行CAE仿真分析，分析結(jié)果如圖7所示，車身二階呼吸模態(tài)為14.7Hz，車身剛度不足處主在側(cè)圍C柱上方。

圖7 CAE仿真分析結(jié)果

車身側(cè)圍C柱斷面結(jié)構(gòu)如圖8所示，側(cè)圍內(nèi)外板之間空腔缺少支撐結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致車體剛度不足。

圖8 原車身側(cè)圍C柱結(jié)構(gòu)

2.2 改進(jìn)方案

根據(jù)CAE分析結(jié)果，設(shè)計(jì)的優(yōu)化方向?yàn)樵贑柱內(nèi)板和外板之間由“幾”字型支架連接，但是C柱內(nèi)部空間不足，無(wú)法增加“幾”字型支架，因此新增“L”型支架。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)和工藝限制，新增的“L”型支架無(wú)法與C柱加強(qiáng)板之間焊接，因此在側(cè)圍外板上/下加強(qiáng)支架與C柱加強(qiáng)板之間增加結(jié)構(gòu)膠。改進(jìn)后結(jié)構(gòu)斷面詳見(jiàn)圖9。

圖9 車身側(cè)圍C柱優(yōu)化結(jié)構(gòu)

2.3 改進(jìn)措施CAE分析

對(duì)優(yōu)化方案數(shù)據(jù)進(jìn)行CAE仿真分析，分析結(jié)果顯示二階呼吸模態(tài)頻率為17.16Hz，避開(kāi)了共振頻率范圍。

2.4 試驗(yàn)驗(yàn)證

按照優(yōu)化方案制作手工樣件，并進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果顯示車輛在130Km/s以下行駛時(shí)整車無(wú)明顯異常抖動(dòng)，未出現(xiàn)明顯共振問(wèn)題，激勵(lì)頻率點(diǎn)的振動(dòng)最大在 130Km/s，僅有0.2g，達(dá)成優(yōu)化目標(biāo)。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)車身進(jìn)行CAE仿真模態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)車身剛度存在的不足，針對(duì)剛度不足之處進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)是一種行之有效的方法。但是該車型的問(wèn)題出現(xiàn)在批量上市后，受整車結(jié)構(gòu)、工藝及成本等的多重限制，對(duì)問(wèn)題的分析和改進(jìn)難度更大。因此在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)初期就要合理充分地運(yùn)用仿真分析工具以降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)的不合理處，避免后期設(shè)變產(chǎn)生產(chǎn)品缺陷和成本的浪費(fèi)。