某車型排氣吊鉤對車內轟鳴影響的研究

繆宣和，莫偉樹，許忠杰，曾憲民

（東風柳州汽車有限公司，廣西 柳州 545005）

隨著經濟的不斷發展，汽車已深入各家各戶，國民對汽車的要求也不僅限于代步，對汽車各方面的性能要求也不斷增加，車內NVH 性能的好壞直接關系到人的主觀感受，因此一款性能優異的汽車，在車輛行駛過程，是不應該有各種異響聲，尤其是連續的轟鳴聲。

1 理論依據

排氣系統與車身的連接主要由排氣吊鉤實現，振動能量也主要由其傳遞。好的吊鉤設計，能有效控制排氣系統對整車NVH 的不良影響。在設計汽車排氣系統吊鉤懸掛時，吊鉤的結構和位置的選擇，對整車的NVH 有很大的影響。因此在設計吊鉤時需要考慮吊點位置的選擇，吊鉤的一階模態和動剛度以及整車的布置空間。

吊鉤的位置選擇利用Hypermesh 軟件通過平均驅動自由度位移的方法：

模態分析基本理論：

每一模態都有對應的固有頻率、阻尼和振型，這些參數可通過試驗獲取，但在前期分析的過程中，沒有實物樣件，因而通過CAE 來計算模態成為最常用的方法，也可以不斷優化設計結構[1-3]。對模態分析方程來說，振動頻率和模態振型是兩個非常重要的幾何參數，其基本方程[1]：

式中：[K]為剛度矩陣；[M]為質量矩陣；ωi為第i階振動頻率；ψi為第i階模態振型。

車內轟鳴產生機理：

車內聲壓計算公式[4]：

ATFj為聲腔傳遞函數；Areaj為聲固耦合的面積；VTF為振動傳遞函數；F為車身接附點受到的激勵力。

在密閉的空間內，車身內空氣作為彈性體會產生多個空腔模態，當車身受到外界激勵的情況下，車身上的某些鈑金件的振動模態和聲腔內的部分模態產生耦合，空腔會在車內產生很高的壓力脈動，引起人耳不適或產生惡心等現象[4-5]。

2 問題來源

某1.8T MPV 車型反饋加速工況在2 700 r/min以上車內存在連續轟鳴，客戶車輛使用體驗差，經實車排查：車身端5 號吊鉤（圖1）影響較大。如圖2～圖4 為5 號吊鉤裝上與斷開狀態車內噪聲圖，由圖可知，在3 500～4 000 r/min 附近，吊鉤支架斷開狀態比未斷開車內前排總階噪聲降低約6 db，2 階噪聲降低約7 db；中排總階噪聲降低約9 db，2 階噪聲降低約13 db；后排總階噪聲降低不明顯，約為3 db，2 階噪聲降低約5 db。由圖5 可知，5 號吊鉤，安裝點動剛度偏低，受排氣系統激勵，引發轟鳴。5 號吊鉤被動支架通過螺栓固定至車身，本體一階模態為120 Hz（對應3 500 r/min@2 階），建議后續的優化方案將該吊鉤的模態提升，且同時提高安裝點的動剛度。

圖1 5 號排氣吊鉤

圖2 車前排噪聲圖（粗實線：5 號吊鉤支架未斷開，粗虛線：5 號吊鉤支架斷開）

圖3 車中排噪聲圖（粗實線：5 號吊鉤支架未斷開，粗虛線：5 號吊鉤支架斷開）

圖4 車后排噪聲圖（粗實線：5 號吊鉤支架未斷開，粗虛線：5 號吊鉤支架斷開）

圖5 吊鉤動剛度曲線

3 優化改進方案

3.1 方案設計

基于上述分析，可知，車內在2 700 r/min以上連續轟鳴主要貢獻為車身5 號吊鉤，針對該吊鉤，提出5 條優化方案：

針對上述5 個方案，分別分析，如下表1 所示，排氣吊鉤動剛度和模態只有方案1 和方案5 滿足優化要求，其余方案皆不通過。數模DMU 分析可知，方案1 新增的安裝點無法使用工具擰緊，操作空間不足，故該方案也不可行。

表1 吊鉤優化方案分析

圖6 吊鉤優化方案

方案5 優化后吊鉤一階模態為418 Hz，較原狀態139 Hz 提升279 Hz，滿足大于350 Hz 目標要求。優化后吊鉤安裝點X、Z 向動剛度有明顯提升，基本滿足500 N/mm 目標的要求，如圖7 虛線優化吊鉤剛度曲線所示。

圖7 方案5 的動剛度曲線（實線：原狀態，虛線：優化狀態）

基于以上分析，我們結合CAE 分析和數模DMU校核可知，實物樣件需要按方案5 來加工制作。

3.2 實車驗證

制作方案5 樣件，將其裝至NVH 測試車實測驗證：車內前排在3 500～4 100 r/min 時，2 階和總階車內噪聲有3dB（A）改善，中排3 500 r/min 時，2 階7 dB（A）左右改善，總階噪聲降低3 dB（A），后排3 500 r/min 時，2 階和總階約有2 dB（A）左右改善，如圖8～10 所示。

圖8 車內前排吊鉤改進前后噪聲對比（粗實線：5 號吊鉤支架改進前，粗虛線：5 號吊鉤支架改進后）

圖9 車內中排吊鉤改進前后噪聲對比（粗實線：5 號吊鉤支架改進前，粗虛線：5 號吊鉤支架改進后）

圖10 車內后排吊鉤改進前后噪聲對比（粗實線：5 號吊鉤支架改進前，粗虛線：5 號吊鉤支架改進后）

由圖11～12 可知，優化后的5 號吊鉤2 階X向和Z向振動加速度在3 500～4 100 r/min 有明顯下降。

圖11 振動加速度對比（X 向2 階）（粗實線：5 號吊鉤支架改進前，粗虛線：5 號吊鉤支架改進后）

圖12 振動加速度對比（Z 向2 階）（粗實線：5 號吊鉤支架改進前，粗虛線：5 號吊鉤支架改進后）

基于上述實車測試驗證，方案5 優化的排氣吊鉤支架結構CAE 結果和實車測試結果相符，車內前中后排總階和二階噪音都有一定程度降低，對2 700 r/min 加速工況車內轟鳴聲有改善，主觀評價人員在車內不會引起人耳不適或產生惡心等現象，主觀評價分值升高達到評價要求。

4 結束語

本文通過CAE 仿真分析和實車測試驗證，說明了車子在2 700 r/min 以上加速工況產生連續轟鳴聲的主要是因為排氣吊鉤的模態和動剛度偏低，和車身發生耦合引起共振所致。通過優化吊鉤支架的結構，提高吊鉤的本體一階模態和動剛度，能有效地解決車內轟鳴引起的人耳不適和惡心等癥狀。