某车型排气吊钩对车内轰鸣影响的研究

2021-12-21缪宣和莫伟树许忠杰曾宪民

装备制造技术 2021年8期

缪宣和，莫伟树，许忠杰，曾宪民

（东风柳州汽车有限公司，广西柳州 545005）

随着经济的不断发展，汽车已深入各家各户，国民对汽车的要求也不仅限于代步，对汽车各方面的性能要求也不断增加，车内NVH 性能的好坏直接关系到人的主观感受，因此一款性能优异的汽车，在车辆行驶过程，是不应该有各种异响声，尤其是连续的轰鸣声。

1 理论依据

排气系统与车身的连接主要由排气吊钩实现，振动能量也主要由其传递。好的吊钩设计，能有效控制排气系统对整车NVH 的不良影响。在设计汽车排气系统吊钩悬挂时，吊钩的结构和位置的选择，对整车的NVH 有很大的影响。因此在设计吊钩时需要考虑吊点位置的选择，吊钩的一阶模态和动刚度以及整车的布置空间。

吊钩的位置选择利用Hypermesh 软件通过平均驱动自由度位移的方法：

模态分析基本理论：

每一模态都有对应的固有频率、阻尼和振型，这些参数可通过试验获取，但在前期分析的过程中，没有实物样件，因而通过CAE 来计算模态成为最常用的方法，也可以不断优化设计结构[1-3]。对模态分析方程来说，振动频率和模态振型是两个非常重要的几何参数，其基本方程[1]：

式中：[K]为刚度矩阵；[M]为质量矩阵；ωi为第i阶振动频率；ψi为第i阶模态振型。

车内轰鸣产生机理：

车内声压计算公式[4]：

ATFj为声腔传递函数；Areaj为声固耦合的面积；VTF为振动传递函数；F为车身接附点受到的激励力。

在密闭的空间内，车身内空气作为弹性体会产生多个空腔模态，当车身受到外界激励的情况下，车身上的某些钣金件的振动模态和声腔内的部分模态产生耦合，空腔会在车内产生很高的压力脉动，引起人耳不适或产生恶心等现象[4-5]。

2 问题来源

某1.8T MPV 车型反馈加速工况在2 700 r/min以上车内存在连续轰鸣，客户车辆使用体验差，经实车排查：车身端5 号吊钩（图1）影响较大。如图2～图4 为5 号吊钩装上与断开状态车内噪声图，由图可知，在3 500～4 000 r/min 附近，吊钩支架断开状态比未断开车内前排总阶噪声降低约6 db，2 阶噪声降低约7 db；中排总阶噪声降低约9 db，2 阶噪声降低约13 db；后排总阶噪声降低不明显，约为3 db，2 阶噪声降低约5 db。由图5 可知，5 号吊钩，安装点动刚度偏低，受排气系统激励，引发轰鸣。5 号吊钩被动支架通过螺栓固定至车身，本体一阶模态为120 Hz（对应3 500 r/min@2 阶），建议后续的优化方案将该吊钩的模态提升，且同时提高安装点的动刚度。

图1 5 号排气吊钩

图2 车前排噪声图（粗实线：5 号吊钩支架未断开，粗虚线：5 号吊钩支架断开）

图3 车中排噪声图（粗实线：5 号吊钩支架未断开，粗虚线：5 号吊钩支架断开）

图4 车后排噪声图（粗实线：5 号吊钩支架未断开，粗虚线：5 号吊钩支架断开）

图5 吊钩动刚度曲线

3 优化改进方案

3.1 方案设计

基于上述分析，可知，车内在2 700 r/min以上连续轰鸣主要贡献为车身5 号吊钩，针对该吊钩，提出5 条优化方案：

针对上述5 个方案，分别分析，如下表1 所示，排气吊钩动刚度和模态只有方案1 和方案5 满足优化要求，其余方案皆不通过。数模DMU 分析可知，方案1 新增的安装点无法使用工具拧紧，操作空间不足，故该方案也不可行。

表1 吊钩优化方案分析

图6 吊钩优化方案

方案5 优化后吊钩一阶模态为418 Hz，较原状态139 Hz 提升279 Hz，满足大于350 Hz 目标要求。优化后吊钩安装点X、Z 向动刚度有明显提升，基本满足500 N/mm 目标的要求，如图7 虚线优化吊钩刚度曲线所示。

图7 方案5 的动刚度曲线（实线：原状态，虚线：优化状态）

基于以上分析，我们结合CAE 分析和数模DMU校核可知，实物样件需要按方案5 来加工制作。

3.2 实车验证

制作方案5 样件，将其装至NVH 测试车实测验证：车内前排在3 500～4 100 r/min 时，2 阶和总阶车内噪声有3dB（A）改善，中排3 500 r/min 时，2 阶7 dB（A）左右改善，总阶噪声降低3 dB（A），后排3 500 r/min 时，2 阶和总阶约有2 dB（A）左右改善，如图8～10 所示。