懸置系統動剛度對整車NVH性能的影響和優化

任爽，宮振興，蘇少博

（華晨汽車工程研究院底盤集成工程室，遼寧 沈陽 110141）

前言

汽車作為日常出行的交通工具已經進入了千家萬戶，消費者對汽車的 NVH性能要求也越來越高。因此汽車應具有良好的NVH性能。整車駕駛室內加速噪聲的大小是NVH性能優劣最直接的表現，進而影響乘客的舒適性和駕乘感受。動力總成懸置系統連接發動機、變速器、車身和底盤，是衰減發動機不平衡激勵振動的最主要的隔振元件。完美的懸置動、靜剛度設計會使得懸置的隔振性能發揮到最大極限，從而降低駕駛室內的噪聲，是提高乘坐舒適性并改善 NVH性能的重要因素之一。

文章基于某一車型在加速過程中駕駛室內噪聲過大現象，通過優化動力總成兩個位置的懸置動剛度特性的方法來降低此噪聲并提高了 NVH性能，為以后的動力總成懸置系統設計和優化提供了方法和大體方向。

1 NVH問題現象的產生和影響因素

某車型在全油門加速過程中，駕駛室內整體噪聲偏大并伴隨轟鳴聲音，尤其在發動機轉速為2100rpm～4500rpm之間感覺最為明顯。這種噪聲會嚴重影響乘員的乘坐舒適性和車輛的整體聲品質, 令人不可接受。在駕駛室前排駕駛員座椅右耳處用麥克風客觀測試了該車駕駛室內的三維瀑布圖，由圖中顯示正是在發動機轉速為2100rpm～4500rpm之間有共振并導致轟鳴的出現，如圖1所示。

圖1 實測某車型的三維瀑布圖

經過多輪詳細的排查和客觀測試，分析發現造成加速過程中駕駛室內噪聲大的主要影響因素有多種。如表1所示。對于該車型所搭載的發動機其扭矩和功率都較大，即發動機的激勵源較大，是造成駕駛室內噪聲的最主要影響因素。但是通過懸置系統其橡膠的隔振作用是可以有效的衰減由發動機的旋轉不平衡所帶來的振動和減小噪聲的。懸置系統有效隔振的前提是懸置在車身安裝點處的原點動剛度要足夠大，也就是要求有足夠強的車身安裝點剛度作為基礎。根據基本的隔振理論，懸置的隔振能力即隔振量是由發動機側主動端振動和車身側或副車架側的被動端懸置振動大小的關系決定的，也同樣是由懸置在車身安裝點處的原點動剛度和懸置自身動剛度的大小決定的。由此說明了在整車加速過程中如果懸置在有預載下的動剛度偏大或是懸置在車身安裝點處的原點動剛度偏小，懸置都將不會有足夠的隔振量，這樣就會導致懸置的隔振能力變差，會加劇駕駛室內的振動和噪聲。為了解決這個NVH問題，一種方法是增大懸置在車身安裝點的動剛度，另一種方法就是通過降低懸置的動剛度來增大懸置的隔振量，進而解決NVH問題。本文所采用的降低懸置動剛度的思路和方法也正是基于以上的理論。

除此之外，車身短縱梁密封發泡、進氣管路安裝點、艙壁隔音墊、暖通箱水管、高低壓管及進風口開口密封泡棉也是造成駕駛室內噪聲大的關鍵因素，需要對應采取措施綜合優化后才能更好解決此NVH問題。

2 扭力臂懸置動剛度的優化

本文中的車型是橫置動力總成，采用鐘擺式三點懸置布置，其中扭力臂懸置在整車坐標系Z方向上不受力，最主要的作用是在X方向起到“抗扭”和限制動力總成位移和轉角的作用。優化并降低扭力臂懸置的主方向（即整車X方向）的動剛度要同時滿足幾個關鍵因素才可行。最主要是橡膠的疲勞耐久，橡膠硬度（邵氏硬度）由原來的50降低到40之后必須要保證橡膠主簧的臺架驗證和路試驗證通過才可行；其次，為了限制動力總成位移和轉角和整車的駕駛性還得保證懸置的靜剛度、前進檔以及倒退檔的線性段要基本一致。基于以上幾點同時考慮，為了降低懸置的動剛度，需要將橡膠的硬度降低的同時，優化了橡膠主簧的形狀，主簧的寬度由原來的25mm增大到30mm，兩個主簧的人字形夾角由原來的95°變為90°，而且橡膠主簧的金屬內芯結構也做了相應的調整。具體變化參見圖2、圖3和表2。

圖2 優化前

圖3 優化后

表2 優化前后橡膠參數對比

扭力臂懸置結構優化后，用測試橡膠動、靜態剛度的試驗臺MTS831.5測量新的扭力臂懸置在X方向有預載條件下的動剛度大小。在測試振幅為：±0.1mm，頻率為：0～400Hz的條件下對比優化前后兩個扭力臂懸置的動剛度曲線，發現優化后的懸置動剛度明顯比優化前降低很多，如圖4所示。

圖4 優化前后扭力臂懸置動剛度對比曲線

3 液壓發動機懸置動剛度的優化

該車型所使用的發動機懸置為慣性通道-解耦盤式的第二代液壓懸置。該結構主要的組成部分為：金屬外殼、內嵌件、懸置支臂、橡膠主簧、下液室、慣性通道流道板、解耦膜片、上節流板和上液室等，如圖 5所示。橡膠主簧的主要作用是支撐動力總成重量。而液壓部分是由兩個相互獨立又相互連同的上下兩個液室通過慣性通道和解耦膜片組成，液室之間有能產生較大阻尼作用的孔洞和流道。

圖5 發動機液壓懸置內部原理結構

表3 優化前后，發動機懸置流道內參數對比

液壓懸置分為低頻（0～50Hz）大振幅激勵和高頻（50～400Hz）小振幅激勵不同情況下考慮。在低頻（0～50Hz）大振幅激勵時，懸置內的液體經過慣性通道在上下液室之間往復流動，在液體流動的過程中產生液路阻尼，慣性通道內的液體在振動的過程中就會有慣性阻尼效果，這種大阻尼對于車輛過減速帶或搓板路等大振幅時有很好的減振效果。在高頻（50～400Hz）小振幅激勵時，由于解耦膜片與上節流板間隙還有與慣性通道流道板間隙的液體阻力小于慣性通道內的阻力，液體可以在解耦膜片的縫隙中進行流動，從而減小了液室內的體積剛度，改善了懸置在100Hz之內的動態硬化現象。但是在頻率100～400Hz之間還是很大，是由于激勵頻率急劇增大后，解耦膜片與上節流板間隙還有與慣性通道流道板間隙之間的液體阻力大于了慣性通道內的阻力，液體不能在解耦膜片的縫隙中進行自由流動，導致液體體積剛度急劇增大，懸置動剛度變大。本文中通過改變解耦膜片硬度從50SHA降低到40SHA，會使得解耦膜片的低硬度、低剛度區域產生較順暢的彈性變形，抑制了上下液室的體積變化使得上下液室的波動很小。還有加大了解耦膜片⑦與上節流板⑧間隙和解耦膜片⑦與慣性通道流道板⑥的間隙，同時減少慣性通道流道板⑥的厚度等手段也會使得在中高頻率 100～400Hz解耦膜片縫隙中的液體流動阻力相對減少，液體可以相對優化之前流動的更順暢一些。具體的參數變化如表3所示。

通過以上參數的優化進而降低了發動機懸置 Z向動剛度。用MTS831.5實測動剛度曲線，如圖6所示。

圖6 發動機懸置Z向動剛度曲線對比

4 懸置優化前后駕駛室內NVH噪聲對比

通過扭力臂懸置和液壓發動機懸置參數優化后，其動剛度都在中高頻率段有所降低。換上優化后降低動剛度的兩個懸置，主觀評價駕駛室內的噪聲可以接受；客觀測試其駕駛室內噪聲降低了大約2dB左右。對比分析，如圖7所示。

圖7 優化前后的駕駛室內NVH噪聲對比

5 結論

通過優化懸置結構和內部參數降低了扭力臂懸置和液壓發動機懸置的動剛度，解決了駕駛室內NVH噪聲大的問題。說明此優化方案是可行并有效的，對解決實際工程上的NVH問題有一定指導意義。