传动系统对车身激励引起轰鸣声的机理分析与控制

2018-06-18刘志鹏陈圆意

时代汽车 2018年12期

刘志鹏陈圆意

安徽江淮汽车股份有限公司技术中心安徽省合肥市 230009

1 引言

本文以某车型为例，详细说明了传动轴系对车内轰鸣声的影响，采用传动系统模态测试分析、车身及底盘ODS测试分析、NTF测试分析等方法，确定了车内轰鸣声产生的激励源和传递路径，最终通过结构模态移频、传递路径特性优化、传递路径振动衰减等优化方案，使该车型传动轴系引起的车内轰鸣声问题得以解决。

2 传动轴系激励引起车内振动分析

2.1 轰鸣声产生机理及分类

汽车的驾驶室构成封闭的空腔，形成了一个声学系统。轰鸣声属于中低频噪声，根据主要噪声振动源的激励方式不同，轰鸣声可以分为几种：发动机怠速轰鸣声，主要考虑范围为20Hz到35Hz内，是由发动机的点火激励引起的；排气系统轰鸣声，主要范围在20Hz到200Hz，是有排气系统壳体共振引起的；路面激励轰鸣声，主要范围在20Hz到200Hz，是由路面激励悬架系统传递到车身或者是轮胎辐射声引起的。传动轴系轰鸣声，主要范围在20Hz到300Hz，是有传动轴系振动引起。

2.2 传动轴系激励引起车身振动分析

传动轴系统产生的轰鸣声，主要是通过结构传播。传递路径是由传动轴系的振动激励通过后桥传递给底盘悬架系统，再由底盘悬架系统通过接附点传递给车身，车身再把响应反馈给驾驶室内的乘员。传动轴系的振源根据形成方式不同，导致共振频率不同。由旋转件的不平衡量引发共振，频率一般处于30Hz到80Hz的区间内。由传动轴系的弯振引起的振动，范围一般在60Hz到300Hz。悬架系统作为弹性元件连接传动轴系与车身，激励源的能量在传递过程中，一般会得到较大的衰减。但是当这些系统的模态频率发生耦合时，就会产生共振，传递到车身的能量会放大，在驾驶室内形成轰鸣声。

3 传递路径分析理论

任何一个噪声与振动系统都可以用激励源—传递路径—响应点这个模型来表示。

振动源的激励通过传递路径的衰减后到达响应点。为分析和控制响应点的振动，可以从三个方面考虑：首先是减小激励源的激励能量，其次是在改变传递路径的特性，切断或衰减振动，最后是改变响应点的参数，减小或吸收振动能量。

4 案例分析

4.1 问题描述

某款轻客车型在发动机转速达到2800~3000rpm区间时，车内主观感受到很强的轰鸣声。利用LMS设备进行了3档全油门加速（3-WOT）车内噪声数据测试。测试结果见图1和图2所示。

从图1的噪声曲线图上可以清晰发现，发动机转速在3000rpm左右，车内噪声产生了4dB(A)左右的波动，形成了峰值，此噪声特性易给人轰鸣声的感受，测试结果与主观评价相符。

从图2的瀑布图中可以看出：影响3000rpm轰鸣声主要来自2阶与4阶激励，此外，200～230Hz共振峰值对车内总声级水平也存在较明显影响。

图1 3-WOT车内噪声overall曲线图

图2 3-WOT车内噪声color map 图

图3 左后悬架振动谱

4.2 振源及传递路径分析

对底盘与车身的接附点振动情况进行监测，可以看出左后悬架振动谱与车内噪声谱的趋势非常一致，如图3所示。可以判断出左后悬架与车身的连接点是传动系振动的主要传递路径，并且100Hz、200Hz和231Hz的共振是引起车内轰鸣声的主要因素。可以判定车内3000rpm的轰鸣声是由传动轴的弯振模态、前传动轴弯曲模态和后桥的弯曲模态叠加后形成振源，而后通过悬架传递到车身，引起车内轰鸣声[2]。

在200Hz和231Hz的共振频率下，对应的车身主要表现为顶棚的大幅扇动及车身左、右侧围的振动。车身钣金的大幅振动对车内轰鸣声有着放大的效果[3]。

4.3 优化方案确定及效果验证

根据以上内容，已经确定传动轴系的振动通过左后悬架传递到车身，引起车身壁板的共振。因此，可以制定三套方案用于消除车内轰鸣声。第一套方案是控制振源，通过改变前传动轴的结构特性（改变质量或刚度）进行移频[4]，或者是在后桥桥壳两侧增焊加强筋来提高刚度进而改变后桥模态，验证效果见图4。第二套方案是改变传递路径，通过调整后钢板弹簧的刚度，来改变传递特性，验证效果见图5。第三套方案是在车身壁板处增加增强垫，但对于200Hz频率以上的振动，增强垫对刚度的提升效果已经不明显。