基于傳遞路徑對車內共振問題分析與試驗研究

遲玉華，楊大芝

基于傳遞路徑對車內共振問題分析與試驗研究

遲玉華，楊大芝

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230022）

文章基于一款新車型開發過程中出現的共振問題，通過振動傳遞路徑，逐一進行分析，結合試驗驗證、CAE分析，最終找到問題的根源為車身局部模態過低，與車輛發生共振。并針對問題作出了幾個整改方案，依據分析結果、工藝可行性、成本最終選擇了最優的方案。

共振；模態；車身；懸架；激勵

引言

隨著汽車市場的成熟度越來越高，人們對汽車的舒適性能（如振動和噪聲）提出了更高的要求。因此，汽車的NVH性能成為了各大汽車公司所共同關注的話題。汽車內部振動和噪聲現象是由多個激勵經由不同的傳遞路徑，抵達目標位置后疊加而成的。在進行汽車NVH問題的分析和改進過程中，需要根據激勵源和傳遞路徑，快速找到問題的根源，針對問題發生位置及問題原因，進行優化整改，能夠大幅提高工作效率。

本文已一款輕型客車為例，基于傳遞路徑進行分析，以試驗為基礎，在汽車研發過程中對整車NVH問題進行診斷，找到問題原因是車身局部與輪胎發生共振，并提出共振問題優化方案，進行實施。

1 問題來源

公司某款客車在進行高環路況試驗時，反饋在車速110kph左右時，車廂中部側圍振動明顯，車內乘客法接受，為了解決此問題，將樣車做了問題初步排查排查。

圖1 車內振動報怨點示意圖

在側圍C柱上粘貼9個振動傳感器進行測試，具體布置位置如圖2所示，車速表顯示車速110KPH（實際車速約為106KPH）時側圍振動，側圍振動頻率為13.87Hz，7點Y向振動最大，達到0.42g，3點Y向振動次之，為0.3g。

圖2 傳感器布置示意圖

進一步通過90-120KPH加速掃頻測試分析，14.38Hz為振動最大的頻率點。測試90-120km/h加速，車輪激勵從11.74Hz升高到15.65Hz，分析3點和7點Y向振動，從數據看，14.38Hz為振動最大的頻率，從形態特征看，問題為共振引起的振動問題。

2 問題原因分析

2.1 振動機理及傳遞路徑

側圍抖動主要是因共振產生，系統物體的固有頻率相接近時，系統振動會因疊加而顯著加強，產生震動和噪聲。該問題初步分析主要是整車部件產生共振，整車振動傳遞路徑如下：

圖4 傳遞路徑

2.2 排除法找到問題癥結

初步問題排查：因激勵源較多，為了快速找出要因，制定了幾個排除方案。

首先采用速度排除法，在不同檔位對車輛加速到最高車速。從表1驗證可得出，側圍抖動僅與車速有關。可排除的傳遞路徑：發動機通過懸置傳遞到車身，到乘客感知。

表1 速度排除法

進一步采用激勵源排除法，車速在110km/h時，發動機及傳動軸激勵均高于100Hz，可排除動力傳動系統激勵源；計算106km/h時車輪激勵頻率為13.82Hz，與問題頻率基本一致；測試后橋振動頻率與車內響應點頻率相一致；開展轉轂倒拖試驗，后輪拖動時與四輪拖動時車內響應點振動相當，前輪拖動時響應點遠低于13.8Hz；綜上，問題癥結為后輪與車身側圍發生共振，激勵來自后輪一激勵。

2.3 依據問題癥結找要因

確定振動激勵源為后輪，振動產生后通過后橋及車身傳遞到車身側圍，在側圍處產生響應，此問題需要進行如下排查：后輪激勵源排查、后懸傳遞路徑排查、車身傳遞路徑排查。

2.3.1 輪胎原因分析

影響車輪一階激勵的三個主要因素：質量不均勻性、剛性不均勻性、尺寸不均勻性。為了驗證共振是否是車輪引起的問題，特殊制作了兩組輪胎，對后車輪的動平衡、徑向均勻性、尺寸均勻性進行驗證。方案1及方案2較原狀態均有改善，振動減小約20%-30%，但問題依然存在。控制后輪的動平衡、徑向力和均勻性后，可降低振動，但不能消除問題。

圖5 車輪問題排查

2.3.2 懸架原因分析

為了驗證共振是否是是否是懸架引起的，通過后懸架擾動，改變簧下共振頻率、板簧剛度、減振器阻尼對問題均無明顯的改善效果。

激勵后輪輪心，測試輪心到板后橋、板簧主動側的VTF，在14-15Hz均未出現VTF峰值，說明后橋并未放大后輪傳遞的振動激勵。

利用互易性原理，測試左側C柱到車身底盤接附點車身側及右側C柱的VTF，在14-15Hz底盤接付點均不存在峰值，而側圍C柱左右側均出現了14-15Hz左右的VTF峰值。車身VTF測試：車身側圍存在14-15Hz左右的VTF峰值，振動到車身后會被放大。

圖6 后懸架激勵排查

圖7 左側C柱到車身底盤接附點VTF

2.3.3 車身原因分析

車身側圍存在呼吸模態，頻率在14-15Hz之間，110KPH時發生了共振。CAE模態分析側圍呼吸模態頻率14.7Hz，試驗測試側圍呼吸模態15.54Hz，動態測試ODS分析顯示在110KPH時，側圍呈現呼吸模態的振動特征；通過CAE模態分析、試驗模態，ODS排查，可確定110KPH時，側圍呼吸模態發生了共振。在車速110Km/h左右，車身呼吸模態產生共振是引起側圍振動大的最主要和根本原因。傳遞路徑排查結果：后輪激勵，有影響，非主因；后橋傳遞路徑，無影響；車身傳遞路徑呼吸模態共振放大，最主要和根本的原因。

圖8 CAE 模態分析

圖9 試驗模態測試

圖10 試驗ODS測試

3 共振問題優化方案

車輛高速抖動的根源為輪胎激勵，通過板簧等底盤件的傳遞路徑傳遞至車身，從而激發車身局部模態，導致側圍鈑金抖動。因此，要提升車身側圍的模態，避開輪胎的激勵，才能徹底消除問題。最終對策方案：車身側圍加強，提升側圍呼吸模態頻率，提升側圍模態，避開輪胎激勵。

車身側圍加強共制定了三個可行方案。方案一，參考標桿車立柱斷面，加強車身側圍結構從斷面圖可以看出，星銳立柱斷面結構，里面是空的。根據競品車優化后的立柱斷面結構，在里面增加了加強立柱。方案二，通過三通結構，對A柱、B柱、C柱“上”部進行加強，提升車身側圍上部結構強度。方案三，采用借用件，在內、外板之間增加加強梁，并通過膨脹膠連接在一起，使內、外板形成一個整體式側圍結構。綜合CAE分析結果、工藝分析及成本分析，小組最終選擇方案三作為問題實施方案。

圖11 對策方案

圖12 CAE分析對比

圖13 方案選擇

4 總結

本文提出了基于共振傳遞路徑機理，準確、精準的查找出來引起車身共振的問題，并提制作了幾個方案，基于分析結果、工藝可實現度、成本分析，最終選擇了最優的方案三。本文不僅在于幫助確定各激勵對車內振動與噪聲的影響程度和作用機理，另一方面，為新車開發過程中、市場問題處理提供解決流程和問題處理方案，試驗數據可作為基礎數據，為下一代新產品NVH性能開發提供試驗基礎數據和CAE分析參考模型，從而縮短開發周期，降低開發成本。

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Analysis and Experimental Study of Resonance Problems in the Interior Based on Transmission Path

Chi Yuhua, Yang Dazhi

（Jianghuai Automotive Group Co., Ltd., Anhui Hefei 230022 )

Based on the resonance problems that arise in the development of a new model, this paper analyzes one by one through the vibration transfer path, combined with the test verification and CAE analysis, and finally finds that the root cause of the problem is that the local modal body is too low and resonates with the vehicle. And for the problem has made several rectification programs, according to the results of the analysis, process feasibility, cost finally selected the optimal program.

Resonance; Modal; Body; Suspension; Incentive

U463.82

A

1671-7988(2019)24-55-04

U463.82

A

1671-7988(2019)24-55-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.018

遲玉華，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。