某后驅(qū)SUV車型勻速共振問題研究

夏立峰，韓超，李杰，李永放，冷鴻彬，陳志洋

（四川建安工業(yè)有限責(zé)任公司，四川 雅安 625000）

1 前言

汽車的振動（N）、噪聲（V）、舒適性（H）已經(jīng)成為衡量汽車性能的最重要指標(biāo)之一，同時也是用戶對車輛的最直觀感受。由于車輛的零部件縱多，當(dāng)汽車達(dá)到某個轉(zhuǎn)速時一旦與車輛某些固有頻率相同或接近時將產(chǎn)生共振,同時會產(chǎn)生明顯的低沉噪聲。共振不僅影響乘客乘坐的舒適性,而且影響到汽車的耐久性和安全性。

2 整車共振測試分析

2.1 共振現(xiàn)象描述

某后驅(qū)SUV車型開發(fā)在PPO階段，樣車試駕過程中勻速80km/h巡航時，整車出現(xiàn)明顯的共振與低沉的轟鳴噪聲、同時車輛地板有明顯的振動感。當(dāng)整車時速低于或是超過80km/h，共振現(xiàn)象消失。

2.2 共振問題測試

整車測試傳感器的布設(shè)情況如圖1所示。同時使用Lms.testlab軟件對勻速80km/h時的噪聲、振動進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

圖1 整車測點(diǎn)布置圖

對采集到的整車數(shù)據(jù)進(jìn)行能量平均分析，如圖1、2所示。得出車內(nèi)噪聲在56Hz處存在明顯的噪聲峰值（67.1dB）；車輛底板處的振動（整車Z向）在56Hz處同樣存在振動峰值（1.1g），由此可以確定共振問題頻率為56Hz。

圖2 車內(nèi)噪聲頻率特性

圖3 底板振動頻率特性

2.3 共振問題分析

從測試數(shù)據(jù)分析可知，整車勻速80km/h的共振異常頻率為56Hz，底板處的振動最為明顯。采用CAE分析軟件ANSYS對該車型的傳動軸進(jìn)行模態(tài)分析得到：前段210.5Hz（一階彎曲模態(tài)）、后段130.3Hz（一階彎曲模態(tài)）；后驅(qū)動橋模態(tài)103Hz（一階彎曲模態(tài)）。

根據(jù)上述零部件的模態(tài)數(shù)據(jù)可知，共振頻率不來自某單一零部件。因此懷疑是傳動鏈上的第三級傳動系統(tǒng)（傳動軸與后驅(qū)動橋的耦合）所引起。對傳動軸與驅(qū)動橋組成的第三級傳動系統(tǒng)進(jìn)行建模分析，如圖4所示；其前4階模態(tài)頻率值，如表1所示。

圖4 第三級傳動系統(tǒng)CAE模型

表1 第三級傳動系統(tǒng)模態(tài)頻率值 單位：Hz

CAE分析結(jié)果顯示，第三級傳動系統(tǒng)的3階扭轉(zhuǎn)模態(tài)（56.5Hz）與測試出的共振頻率（56Hz）基本一致，即發(fā)動機(jī)的扭振激勵起第三級傳動系統(tǒng)的3階固有頻率，產(chǎn)生共振響應(yīng)，經(jīng)由傳動軸中間支撐、后驅(qū)動橋的板簧、縱臂、拉桿等傳遞到車輛底板上，引起底板振動以及車內(nèi)低沉的轟鳴噪聲。

3 整車共振問題的解決

根據(jù)系統(tǒng)固有頻率的定義可以將固有頻率計(jì)算公式簡化定義如下：

其中 k-剛度；m-質(zhì)量

共振問題的解決措施主要有：（1）消除振動激勵法；（2）調(diào)整固有頻率法；（3）安裝吸振器裝置等方法。考慮到方法的可行性、經(jīng)濟(jì)性，選擇改變固有頻率的方法。同時由公式（1）可知調(diào)整零部件的剛度以及質(zhì)量均可以實(shí)現(xiàn)，本文采用提高零部件的剛度以達(dá)到第三級傳動系統(tǒng)整體避頻的目的。

采用與橋殼同材質(zhì)的Q345鋼板加工成與橋殼下圓弧過渡區(qū)和后背蓋緊密貼合的三角形以及半矩形，如圖5所示。

圖5 后驅(qū)動橋剛度加強(qiáng)板

同時將傳動軸中間下支撐板加厚，并減小傳動軸下支撐板與車輛底板的貼合圓角，如圖6所示。

圖6 傳動軸中間下支撐剛度加強(qiáng)板

利用ANSYS軟件對剛度加強(qiáng)后的傳動軸與驅(qū)動橋組成的第三級傳動系統(tǒng)進(jìn)行建模分析，如圖7所示；得出其前4階模態(tài)頻率值，如表2所示。

圖7 第三級傳動系統(tǒng)剛度加強(qiáng)CAE模型

表2 傳動系統(tǒng)剛度加強(qiáng)后模態(tài)頻率值 單位：Hz

從分析結(jié)果來看，剛度加強(qiáng)后的第三級傳動系統(tǒng)的前4階固有頻率均有所提高，其中第3階扭轉(zhuǎn)模態(tài)由原來的56Hz提高到65.8Hz。

按照圖1的傳感器布點(diǎn)位置對剛度優(yōu)化后的整車進(jìn)行駕評以及測試。主觀架評感受車內(nèi)底板共振以及車內(nèi)的低沉轟鳴噪聲明顯消失，客觀振動、噪聲測試數(shù)據(jù)分析如圖8、9所示。

圖8 剛度優(yōu)化后車內(nèi)噪聲頻率特性

圖9 剛度優(yōu)化后底板振動頻率特性

從測試數(shù)據(jù)分析來看，三級傳動系統(tǒng)剛度提高后的整車56Hz處的共振噪聲峰值消失（由原來的67.1dB降到45dB）；共振振動峰值同樣消失（由原來的1.1g降到0.05g）。充分證明了避頻減振的可行性。

4 結(jié)論

針對樣車在試駕過程中出現(xiàn)的共振問題，首先用能量平均的方法找出樣車的共振頻率值，其次利用模態(tài)分析的方法得出整車共振頻率來自驅(qū)動橋與傳動軸組成的第三級傳動系統(tǒng)。最后選擇提高系統(tǒng)剛度的方法以達(dá)到避率減振。通過整車實(shí)際測試數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)整車共振消失，方法有效可行。