某SUV車型起步異響原因分析及優(yōu)化

李新鵬 連俊義 郭世輝 王臣

摘 要：針對某SUV AT車型起步工況“哼棱”異響問題，通過問題噪聲頻譜分析、模態(tài)/結構靈敏度驗證等分析手段，系統(tǒng)的排查了異響問題的激勵源、傳遞路徑及振動體，得出異響產(chǎn)生機理是發(fā)動機輪系激勵引起發(fā)動機懸置支架共振。借助有限元分析評估發(fā)動機懸置優(yōu)化方案，通過優(yōu)化懸置主簧結構，懸置支架模態(tài)避開輪系激勵頻率，解決起步異響問題。關鍵詞：異響;起步工況;發(fā)動機懸置支架;模態(tài)中圖分類號：U472.4 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2019）01-59-04

Analysis and optimizing of a SUV vehicles startup condition unexpect-noise

Li Xinpeng，?Lian Junyi，?Guo Shihui，?Wang Chen

（?Technical Research Institute of Hanteng Automotive Co.， Ltd.， Jiangxi Shangrao 334000?）

Abstract：?About unexpect-noise problem of a SUV vehicle at startup condition，?scientificly verify the noises excitation source， transfer path and oscillating body，?though noises frequency analysis， mode/structure delicacy testing and so on，?drawing a conclusion that the noises mechanism of production is resonance of engine-mountings bracket，?causing by engine gear train. also combining finite element analysis，assessing engine-mountingconstruction， finally through optimizing mounts rubber structure，?that engine mounting brackets mode avoids stimulation frequency，?the unexpect-noise at startup condition is solved.Keywords： unexpect-noise; startup condition; engine mounting bracket; modeCLC NO.： U472.4 ?Document Code： A ?Article ID：?1671-7988（2019）01-59-04

前言

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車NVH性能越來越受到人們的關注，且已成為衡量汽車性能的重要指標之一。起步工況作為常用工況，其舒適性是一項至關重要的評價指標。

某SUV AT車型1/3油門開度、起步加速工況出現(xiàn)“哼棱”異響，引起駕乘人員的反感。本文通過發(fā)動機右懸置支架模態(tài)測試分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)動機輪系的激勵頻率與右懸置支架模態(tài)耦合，引起支架共振。經(jīng)過仿真分析、試驗驗證，通過優(yōu)化右懸置主簧結構、改變懸置支架模態(tài)（達到避頻目的），使得問題解決。

1 問題描述

某SUV樣車試制階段，1/3油門開度、起步加速工況，樣車存在 “哼棱”異響問題，引起駕乘人員抱怨。

2 真因分析

2.1 異響頻率識別

為確認異響噪聲頻率，在駕駛員右耳位置布置一個傳聲器單元，測試起步工況駕駛員右耳位置噪聲，測試數(shù)據(jù)如圖1所示（測試工況為車輛加速起步—停車—加速起步，下同）：

經(jīng)頻譜分析，異響頻帶中心頻率為450Hz。

2.2 問題分析

起步加速工況主要激勵源、共振源：

（1）發(fā)動機附件激勵;

（2）驅(qū)動軸共振;

（3）發(fā)動機懸置支架共振。

基于以上述分析點進行分步排查：

2.2.1 發(fā)動機附件

2.2.1.1 發(fā)電機

使用空殼發(fā)電機代替原狀態(tài)發(fā)電機，其他系統(tǒng)保持不變，測試起步加速工況駕駛員右耳處噪聲，測試結果如圖2所示：

更換空殼發(fā)電機后，問題頻率峰值依然存在，主觀評價無改善，排除發(fā)電機的影響。

2.2.1.2 發(fā)動機輪系及附件

排查發(fā)動機輪系及附件影響時，應用部分分離法，將皮帶短暫斷開進行驗證，測試起步加速工況駕駛員右耳處噪聲，測試結果如圖3所示：

拆除皮帶后，起步加速工況異響噪聲峰值最高降低約7dB（A），主觀評價異響噪聲有改善、但異響仍存在。

2.2.2 驅(qū)動軸

起步加速工況，傳動系扭矩輸出較大，萬向節(jié)角引起的二階力偶、驅(qū)動軸的滑移阻力等激勵易引起噪聲振動問題。為排查驅(qū)動軸的影響，在驅(qū)動軸傳遞路徑上檢測激勵信號，經(jīng)驗證，傳動系無異響頻率共振帶，排除驅(qū)動軸的影響。

2.2.3 發(fā)動機懸置支架

懸置系統(tǒng)是整車振動噪聲的主要傳遞路徑之一，驗證懸置系統(tǒng)對異響問題的影響，右懸置主動側Y向存在共振帶，如圖4所示。

發(fā)動機懸置支架模態(tài)頻率通常在450Hz左右，由圖4、5可知右懸置主、被動側存在450Hz中心頻率的共振帶，右懸置支架可能發(fā)生共振。

使用單向加速度傳感器布置于右懸置支架本體，測試整車狀態(tài)下右懸置支架模態(tài)，測試結果如圖6所示：

右懸置支架模態(tài)467Hz，與右懸置主、被動側中心頻率450Hz的共振帶吻合，右懸置支架共振。

經(jīng)過系統(tǒng)的排查與分析，起步加速工況異響問題發(fā)生機理為發(fā)動機輪系激勵引起右懸置支架共振。

發(fā)動機輪系優(yōu)化、匹配工作周期長、成本高，從周期、成本方面考慮，異響問題的整改對策從懸置支架模態(tài)避頻入手。

模態(tài)是機械結構的固有特性之一，不考慮系統(tǒng)阻尼，系統(tǒng)的固有頻率表達式為：

系統(tǒng)固有頻率與系統(tǒng)剛度正相關，通過提高系統(tǒng)剛度提升懸置支架固有頻率，避免發(fā)動機輪系467Hz激勵與懸置支架共振。

3 優(yōu)化方案制定與實施

支架原狀態(tài)結構如圖7所示：

右懸置支架材料屬性見下表：

借助CAE仿真手段快速分析、評估支架加強方案，支架邊界條件參考整車安裝狀態(tài)，如圖8所示，分析結果：沿Y向、Z向擺動模態(tài)486Hz，與試驗結果467Hz相比分析誤差控制在5%以內(nèi)，如圖9所示，分析準確度可信。

為提高支架模態(tài)，懸置支架加筋設計并進行評估：

優(yōu)化方案一：加筋位置如圖11所示，加強筋寬度為10mm，高度與法蘭面平齊，仿真分析結果模態(tài)頻率提高到538Hz，如圖11所示：

優(yōu)化方案二：增加懸置支架約束，約束位置如圖12所示，支架模態(tài)提高到669Hz，達到目標。

方案一優(yōu)化樣件裝車驗證，主觀評價5分，優(yōu)化效果不可接受（樣件整車狀態(tài)下模態(tài)測試值為476Hz）;方案二由于機艙右側布置空間緊湊，無法實施。

為達到避頻目的，優(yōu)化右懸置主簧結構、改變支架約束條件以達到支架模態(tài)與激勵頻率避頻的效果，右懸置主簧結構原狀態(tài)、優(yōu)化狀態(tài)如圖14所示。

整車狀態(tài)下，優(yōu)化懸置主簧結構后懸置支架模態(tài)試驗結果423Hz，如圖15所示，右懸置支架模態(tài)頻率避開發(fā)動機輪系激勵頻率47Hz。

4 優(yōu)化方案驗證

驗證右懸置主簧優(yōu)化狀態(tài)車內(nèi)異響噪聲水平：

（1）客觀測試數(shù)據(jù)：右懸置主簧優(yōu)化狀態(tài)，車內(nèi)異響峰值消失，較原狀態(tài)峰值頻率噪聲降低10dB（A），如圖16所示;

（2）主觀評價，整車起步異響評分為7分，可接受。

5 總結

本文針對起步異響問題，從源-傳遞路徑-振動體入手進行了系統(tǒng)的排查、分析及驗證，并借助CAE仿真分析工具，加快了解決問題的進度，通過優(yōu)化右懸置主簧結構，解決某SUV車型起步異響問題。本問題案例希望能對類似起步噪聲問題提供解決思路。

參考文獻

[1] Klaus Genuit. The Sound Quality of Vehicle Interior Noise： a Chall?-enge for the NVH-engineers [J]. Int.J. Vehicle Noise and Vibration.?2004， 1：158-168.

[2]?王麗梅，郭世輝，王海濤，等.某SUV汽車油門踏板振動原因分析與解決[J].噪聲與振動控制，2014，36（6）：232-235.

[3] 靳豹，賈艷賓.某SUV怠速車內(nèi)異響分析[J].噪聲與振動控制，?2015，35（2）：77-79+85.

[4] 甘劍飛，徐有忠，楊晉等.基于MSC.Nastran的汽車動力總成懸置支架模態(tài)分析[C].第五屆中國CAE工程分析技術年會論集，2009：?513-516.

[5]?龐劍，諶剛，何華.汽車噪聲與振動[M].北京：北京理工大學出版社， 2006.309-323.