某車型后扭梁安裝支架動(dòng)剛度優(yōu)化

孫壽峰

（中國第一汽車股份有限公司天津技術(shù)開發(fā)分公司）

隨著汽車設(shè)計(jì)水平的提升，舒適性成為區(qū)分汽車品質(zhì)好壞的重要因素之一[1]。車內(nèi)噪聲是衡量乘坐舒適性的重要指標(biāo)，而路噪是車內(nèi)噪聲的重要組成部分。文章針對(duì)某車型的路噪問題，采用CAE 方法找到了車身與底盤連接點(diǎn)動(dòng)剛度較弱的部位，并與試驗(yàn)相結(jié)合，通過優(yōu)化后扭梁連接點(diǎn)車身側(cè)支架結(jié)構(gòu)，來提高連接點(diǎn)處動(dòng)剛度，從而降低路面激勵(lì)向車身的傳遞，為路噪問題提供了優(yōu)化思路及改善方案，是整個(gè)路噪性能改善課題的重要組成部分。

1 某車型路噪問題介紹

在某車型整車NVH 試驗(yàn)測(cè)試評(píng)價(jià)中，5 擋勻速和3 擋急加速工況下車內(nèi)噪聲較大，明顯高于標(biāo)桿車型。分析車內(nèi)振動(dòng)噪聲的頻譜特性并對(duì)比該車在粗糙路面的噪聲，試驗(yàn)部門得出結(jié)論：車內(nèi)中低頻振動(dòng)噪聲主要由路噪組成。

路面激勵(lì)經(jīng)過輪胎帶動(dòng)懸架，通過不同路徑傳遞給車身[2]，其主要的路徑及影響因素，如圖1 所示。其中，車身與底盤連接點(diǎn)是路噪的重要傳遞路徑之一，文章將針對(duì)此路徑進(jìn)行問題排查及優(yōu)化。

圖1 汽車路噪傳遞路徑及影響因素示意圖

2 分析模型

仿真分析需要用到帶內(nèi)飾車身（TB）有限元模型和聲腔有限元模型2 個(gè)部分。

1）TB 有限元模型。該模型包括白車身、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、閉合件、座椅及與車身相連的附件等，其中焊縫采用CWELD 單元模擬，點(diǎn)焊采用ACM單元模擬；襯套采用BUSH 單元模擬，參數(shù)為試驗(yàn)測(cè)得；螺栓采用RBE2 單元模擬；車身內(nèi)飾件采用RBE3+CONM2 模擬。

2）聲腔有限元模型。聲腔是車身內(nèi)部板件圍成的密閉空間，包括車內(nèi)空氣腔和座椅腔兩部分。聲腔采用四面體單元進(jìn)行離散，材料屬性為流體，采用MAT10定義。帶內(nèi)飾車身和聲腔的有限元模型，如圖2 所示。

圖2 帶內(nèi)飾車身和聲腔的有限元模型

3 路噪問題排查

3.1 模型驗(yàn)證

試驗(yàn)部門采集了某車型車身側(cè)懸架安裝點(diǎn)的加速度信號(hào)以及車內(nèi)噪聲響應(yīng)，該車前懸架為麥弗遜懸架，后懸架為扭力梁懸架，懸架安裝點(diǎn)位置，如圖3 所示。

圖3 某車型懸架安裝點(diǎn)示意圖

使用帶內(nèi)飾的車身模型進(jìn)行噪聲響應(yīng)仿真分析，將試驗(yàn)采集到的加速度信號(hào)作為激勵(lì)，加載到懸架安裝點(diǎn)上，計(jì)算車內(nèi)后排實(shí)測(cè)點(diǎn)的噪聲響應(yīng)，分析頻率段為20～200 Hz。

經(jīng)仿真計(jì)算得到后排左側(cè)乘客左耳處、后排中間乘客左耳處、后排右側(cè)乘客右耳處的聲壓級(jí)結(jié)果，并與試驗(yàn)得到的聲壓級(jí)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比曲線，如圖4 所示。

圖4 帶內(nèi)飾車身模型噪聲響應(yīng)點(diǎn)聲壓級(jí)仿真與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

從圖4 可以看出，仿真與試驗(yàn)的響應(yīng)點(diǎn)聲壓級(jí)吻合度較好，說明CAE 模型相對(duì)準(zhǔn)確，可用于下一步的驗(yàn)證及優(yōu)化分析。

3.2 傳遞路徑排查

將不同安裝點(diǎn)的激勵(lì)分別單獨(dú)加載，將分析結(jié)果與所有點(diǎn)同時(shí)加載的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，確定貢獻(xiàn)量最大的懸架安裝點(diǎn)。對(duì)比曲線，如圖5 所示。

圖5 車身與底盤安裝點(diǎn)分別加載與全部加載對(duì)比曲線圖

從圖5d 可以看出，后扭梁安裝點(diǎn)在單獨(dú)激勵(lì)下，車內(nèi)噪聲水平與所有點(diǎn)共同加載的分析結(jié)果吻合度非常高，說明后扭梁安裝點(diǎn)是路噪的最主要傳遞途徑。

3.3 后扭梁?jiǎn)栴}排查

在車身連接點(diǎn)NVH 試驗(yàn)中，連接點(diǎn)的動(dòng)剛度測(cè)試（如圖6 所示）發(fā)現(xiàn)，本車型后扭梁安裝支架Y 向平均動(dòng)剛度水平實(shí)測(cè)值約在10 000 N/mm，而標(biāo)桿車實(shí)測(cè)值約在20 000 N/mm，如表1 所示，后扭梁安裝點(diǎn)動(dòng)剛度水平較標(biāo)桿車低。CAE 計(jì)算也發(fā)現(xiàn)后扭梁動(dòng)剛度較低的問題，與測(cè)試結(jié)果相符。

圖6 車身連接點(diǎn)動(dòng)剛度試驗(yàn)

表1 汽車后扭梁安裝支架動(dòng)剛度測(cè)試結(jié)果對(duì)比N/mm

后扭梁安裝點(diǎn)處的動(dòng)剛度是非常關(guān)鍵的一個(gè)參數(shù)[3]，直接影響著車身的NVH 性能，支架的動(dòng)剛度值過低說明此安裝點(diǎn)傳遞激勵(lì)的能力過高[4]，可以從這一方向著手，通過優(yōu)化支架動(dòng)剛度來優(yōu)化車內(nèi)噪聲水平。

4 后扭梁安裝點(diǎn)動(dòng)剛度優(yōu)化

4.1 仿真計(jì)算

某車型后扭梁支架Z 向較長(zhǎng)，且在Y 向支撐較少，可布置支架來提高Y 向支撐，目標(biāo)是將Y 向動(dòng)剛度值提高至20 000 N/mm 以上。優(yōu)化方案包括3 點(diǎn)改動(dòng)，如圖7 所示：1）底部加強(qiáng)件的安裝點(diǎn)數(shù)量由2 個(gè)改為3 個(gè)；2）布置藍(lán)色三角支架，焊接于車身內(nèi)側(cè)，厚度為2 mm；3）支架內(nèi)部新增黃色加強(qiáng)板。

圖7 某車型后扭梁安裝支架優(yōu)化方案

使用TB 模型進(jìn)行后扭梁連接點(diǎn)動(dòng)剛度仿真計(jì)算，車身模型為自由狀態(tài)，在后扭梁安裝點(diǎn)Y 向定義1 N的單位載荷作為激勵(lì)，并將該點(diǎn)作為響應(yīng)點(diǎn)，自由度與激勵(lì)自由度相同，對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行20～200 Hz 頻率段的傳遞函數(shù)計(jì)算，輸出該點(diǎn)加速度響應(yīng)。通過軟件后處理，可以得到后扭梁安裝點(diǎn)左、右側(cè)Y 向動(dòng)剛度分別達(dá)到21 321，20 998 N/mm。

4.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

后扭梁支架加強(qiáng)方案經(jīng)車身設(shè)計(jì)工程師確認(rèn)，滿足工藝要求；由試制車間工程師制作試件，并裝車。經(jīng)過裝車驗(yàn)證（如圖8 所示），優(yōu)化后的后扭梁安裝支架左、右側(cè)Y 向動(dòng)剛度分別為20 953，22 094 N/mm，均已達(dá)到目標(biāo)。

圖8 某車型后扭梁支架試件裝車

5 結(jié)論

對(duì)某車型的TB 模型進(jìn)行了路噪結(jié)果對(duì)比，快速定位了產(chǎn)生問題的關(guān)鍵點(diǎn)，并且提出了優(yōu)化方案，通過CAE 仿真與試驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證了動(dòng)剛度的優(yōu)化效果。文章用到的噪聲響應(yīng)分析、動(dòng)剛度分析方法是NVH 的仿真分析項(xiàng)，仿真分析可以提高問題整改的效率，并且能夠降低試件制作成本。動(dòng)剛度優(yōu)化工作是整個(gè)路噪性能改善課題的重要組成部分，文章的成果可直接應(yīng)用于下一步整車路噪問題的解決。