某車型倒檔駕駛室內嘯叫聲改善

蔣斌文，張偉松，李 聰，覃 臻

(上汽通用五菱汽車股份有限公司技術中心，廣西 柳州 545007)

0 引言

針對某款車型在倒檔工況中駕駛室內存在的嘯叫問題，根據LMS特征測試方法對嘯叫頻率及階次進行識別，發(fā)現懸置支架一階模態(tài)與其存在較大關聯，然后利用有限元方法對懸置支架分析及改進，試驗和仿真的結合有效地改善了該嘯叫問題。

1 問題分析

1.1 振動噪聲測試

某車型倒檔工況下，車速為5～7 km/h時嘯叫噪聲明顯，運用LMS測試系統(tǒng)對駕駛員右耳噪聲、變速器懸置支架模態(tài)測試。發(fā)現該嘯叫聲主要表現為99階(跟蹤TC轉速)，車內噪聲545～585 Hz頻段內存在共振帶(圖1)，與變速器懸置主動端支架一階頻率(圖2)588接近。

在變速器懸置支架上加質量塊后，車內噪聲545～585 Hz頻段的共振帶消失(圖1)，嘯叫聲降低。因此可以確定CVT變速箱噪聲在變速器懸置支架被放大，傳遞到駕駛室，引起嘯叫聲。

1.2 懸置支架模態(tài)分析

對原方案的懸置支架進行模態(tài)分析，計算其一階模態(tài)，支架的CAE模型及計算結果見圖3。

由理論分析結果可知，該支架的一階模態(tài)頻率為590 Hz，與車內的嘯叫聲頻率基本一致，進一步驗證了嘯叫聲是由于懸置支架的一階模態(tài)頻率引起。因此，有必要對該懸置支架的一階模態(tài)頻率進行優(yōu)化。

2 懸置支架優(yōu)化

2.1 懸置支架作用及原理

懸置系統(tǒng)通常由車身側支架-懸置本體-動力總成側支架組成一側懸置，再由多個懸置組成懸置系統(tǒng)。懸置支架作為連接動力總成與車身的橋梁，是振動的傳遞路徑[1-2]，其動態(tài)特性對整車振動與噪聲有較大影響[3]，隔振系統(tǒng)的剛度不僅是懸置橡膠的剛度，而是車身側支架-懸置本體-動力總成側支架三者串聯的剛度，如圖4。

懸置剛度可以表示如式(1)：

(1)

式中：KPT(ω)為動力總成支架的動剛度；KM(ω)為懸置橡膠動剛度；KB(ω)為車身側支架動剛度。理想狀態(tài)下懸置支架剛度是無限大的，這樣隔振原件就是懸置本體；當懸置支架剛度不足時，模態(tài)較低時，會引起支架共振，振動噪聲放大，影響NVH性能。

2.2 懸置支架拓撲優(yōu)化

使用Hypermesh軟件建立有限元模型，采用四面體網格對懸置支架建模。在施加約束的安裝點及懸置彈性中心點用RB2單元耦合到支架上，材料見表1。

表1 支架材料屬性

考慮到懸置本體對模態(tài)計算影響，彈性中心點施加鋼套及懸置橡膠質量一半169 g，用masses單元模擬。

整個動力總成運用4個CBUSH彈簧單元模擬懸置支架接口剛度，一端與懸置支架螺栓安裝孔耦合點連接，另一端完全約束彈簧單元剛度(表2)。

表2 CBUSH單元剛度值

設置支架的設計及非設計區(qū)域，定義螺栓的安裝區(qū)域及支架與懸置的連接區(qū)域為非設計區(qū)域，其余部分為設計區(qū)域，設計區(qū)域拔模方向-Z向，見圖5。設置模態(tài)頻率和體積分數為優(yōu)化的響應，并將支架的一階模態(tài)頻率最大設置為優(yōu)化目標。

設置完成后，使用Hypermesh 軟件內的Optistruct模塊進行優(yōu)化，優(yōu)化結果如圖6所示。

根據拓撲優(yōu)化結果同時考慮支架強度，運用3D軟件UG對支架進行建模。優(yōu)化后的新結構及模態(tài)分析結果如圖7所示，優(yōu)化后懸置支架的模態(tài)提升至741 Hz。

對優(yōu)化后的支架進行強度分析，在Vertical down & lateral right loading、Forward rockcycle/snap-cluth torque極限工況下，除螺栓安裝孔位置外，極限工況下支架的其余部分所受應力均不大于160 MPa，支架強度滿足要求，如圖8所示。

3 優(yōu)化方案驗證

3.1 優(yōu)化方案樣件制作及測試

為了快速響應，問題高效解決，優(yōu)化方案采用機加工方式制作快速樣件裝車驗證，對左懸置主動端支架進行傳函測試，計算其頻響函數[4](圖9)，模態(tài)結果為850 Hz。車內噪聲測試結果見圖10。

3.2 優(yōu)化方案測試結果分析

變速器懸置支架采用優(yōu)化方案后，在545～587 Hz頻段內，駕駛員右耳處的99階次聲壓降低約4 dB(A)；峰值位于545 Hz處，該處峰值降低約5.52dB(A)，如表3所示，倒檔嘯叫聲改善明顯。

表3 駕駛員右耳噪聲對比

4 結論

變速器懸置支架優(yōu)化后的測試模態(tài)為850 Hz，計算模態(tài)只有741 Hz，原因主要是分析方法、零件加工偏差以及測試誤差產生的，整個模態(tài)優(yōu)化過程可以參考借鑒。在NVH調試過程中，通過優(yōu)化懸置支架模態(tài)頻率，改善駕駛室內嘯叫聲。在今后懸置支架的設計中考慮避開動力總成振動噪聲的頻率范圍，可以有效改善整車NVH性能。