某型車的路噪轟鳴診斷及優化分析

成傳勝 王昱昕 徐作文 陳馨蕊

摘 要：某型車在研發階段，后排乘客在50Hz左右出現轟鳴。本文針對此問題，首先對原因進行分析，然后再利用Hyperworks分別計算實車聲腔及后背門模態。結合分析結果，發現聲腔模態與后背門局部模態共振，然后對后背門進行優化設計，避開聲腔模態。經過實車路試驗證，優化方案降低2dB（A），滿足性能要求，解決了實際工程問題，縮短了開發周期，降低了成本。此分析方法對同類零部件的分析具有重要的技術指導意義和參考價值。

關鍵詞：轟鳴；聲腔；后背門；共振；優化設計；實車驗證

中圖分類號：U462 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）13-0077-02

1 前言

隨著汽車市場競爭的日益激烈，消費者對汽車的乘坐舒適性和駕乘環境的要求越來越高，NVH性能作為重要的法規和競爭指標在產品競爭中體現的越來越舉足輕重。振動噪聲控制和研究更加受到重視，作為整車性能開發，對于車內振動噪聲最為關心的主要是低頻振動和噪聲[1]。本文結合某型車在研發階段時出現轟鳴現象，首先與實驗一起分析引起轟鳴原因，同時利用NVHD軟件進行建模及模態分析[2]。根據分析結果，對其結構關鍵位置進行優化設計，通過實車驗證解決了某頻率段的實車轟鳴問題，縮短了整車的開發周期，降低了開發成本。本文所采用的分析技術對同類問題的分析具有一定的指導意義和借鑒作用[3]。

2 原因分析

某型車在研發階段，后排乘客在50Hz左右出現轟鳴，主觀評價難以接受，同時試驗驗證后背門對后排50Hz噪聲有2-3dB貢獻。為此利用專業CAE分析工具，分別對后背門及聲腔進行模態分析，分析發現聲腔模態與結構模態耦合。實車噪聲解決問題CAE分析思路見圖1所示。

3 有限元模型的建立

考慮到要模擬實車整車狀態，建立帶內飾的后背門模型，并考慮密封條，模擬實車狀態。根據網格質量要求，采用殼單元和實體單元進行網格劃分；模型中所使用的材料參數見表1所示。

為模擬后背門的實車安裝狀態，約束車身側鉸鏈及密封條dof1-6，門鎖建立局部坐標系，見圖2所示。

4 仿真分析及優化

4.1 仿真分析

建立聲腔和后背門有限元模型后，分別進行模態分析，模態結果云圖如圖3所示，分析結果見表2所示。

分析結果顯示，后背門兩側局部模態頻率53.3Hz與一階縱向聲腔模態頻率52.5Hz接近，易耦合共振。

4.2 優化分析

根據分析結果，對后背門結構進行優化，避開聲腔一階模態。首先找到該頻率所對應的振型，根據應變能分布找到相應薄弱位置，并利用進行結構優化，相關的優化方案見表3所示。

5 整車TPA分析

5.1 整車NVHD模型建立

采用NVHD搭建整車模型，整車模型共分為Trimmed body、Cavity、Steering System、Powertrain、Suspension等五部分。

5.2 整車路噪分析

輪心載荷是通過采集實車轉向節上的加速度信號，結合仿真分析得到的輪心傳遞函數，利用逆矩陣法反求得到[4]。將計算得到的每個輪心載荷施加在整車模型上，計算出粗糙路面下的整車路噪結果，后排乘客在55Hz左右峰值超過55dB（A），見圖4所示[5]。與實際路試后排乘客在50-60Hz出現轟鳴，且峰值超過55dB（A）吻合。

5.3 TPA分析

借助TPA后處理工具進行Spindle load路噪工況貢獻量分析：Subcase1和Subcase12為主要貢獻工況。TPA分析結果見圖5所示。

5.4 節點貢獻量分析

借助NVHD后處理工具進行Grid Participation分析，由于Subcase1和Subcase12為主要貢獻工況[6]。分別查看兩個工況下的節點貢獻量結果，從結果中可以看出后背門與聲腔耦合區域為主要貢獻區域，如圖6所示。

6 實車樣件驗證

6.1 優化方案樣件制作

根據優化方案通過制作手工樣件進行實車驗證，由于支架位于后背門內板與外板連接附近，需要進行切割，進而進行焊接，驗證支架位置如圖7及圖8所示。

6.2 方案實車驗證

將優化后的支架安裝后，在粗糙路面40km/h行駛車內后排噪聲（50Hz～60Hz） 降低2dB（A），滿足性能要求。紅線為基礎車的噪聲值，綠線為優化后的噪聲小于55dB（A），見圖9所示。

7 結語

根據實車出現的問題進行原因分析，并利用專業CAE工具對某型車的后背門及聲腔進行模態分析，找到模態貢獻位置，通過優化兩側加強支架，后背門局部模態避開聲腔模態；利用NVHD建立某型車整車模型，對問題頻率進行NVH分析及診斷，通過優化兩側加強支架模態。經實車路試驗證，優化方案降低2dB（A）左右，滿足性能要求，解決了實車轟鳴問題。該分析方法及思路為同類問題的解決提供了工程經驗。

參考文獻

[1]張勝蘭，鄭冬黎，郝琪，等.基于HyperWorks的結構優化設計技術[M].北京：機械工業出版社，2007.

[2]李楚琳，張勝蘭，馮櫻，等.HyperWorks分析應用實例[M].北京：機械工業出版社，2007.

[3]陳昌明，鞠曉鋒，李思遠，等.燃料電池轎車副車架結構分析及優化[J].汽車科技，2007，（4）：35-38.

[4]廖君，胡望岳.電動轎車鎂合金副車架的Optistruct優化設計[J].現代制造工程，2008，（9）：82-84.

[5]廖君，杜里平，王馮良等.基于Optistruct的電動轎車副車架的結構優化[J].機電工程，2008，（5）：42-44.

[6]譚繼錦，張代勝.汽車結構有限元分析[M].北京：清華大學出版社，2009.