某車型側圍異常振動分析與改善

摘要：針對某車型在側滑門關閉和行駛過程中，車身側圍振動明顯過大的現象進行試驗和CAE分析。找到了側圍振動過大的根源，并采取相應改進措施，將振動幅值降低到了主觀評價可以接受的水平。

關鍵詞：汽車；CAE；NVH

中圖分類號：U462.3 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2550（2011）06-0052-04

Analysis and Improvemet of a Light Passenger

Vehicle Location Structure Vibration Issue

JIANG Ke-feng，KOU Yu-qiao，TAN Wei

（DFAC Commercial Product RD Institute，Wuhan 430057，China）

Abstract：In the ET phase of the development of a light passenger vehicle，finding the roof and side structure stiffness isnot enough that the structure vibration exceed the target when the vehicle runing and closing door.Through a lot of NVH test and finite element analysis to find the reason of the issue aboved and re-design a new body structure to improve the structure stiffness. Finally，this problem was solved perfect.

Key words：vehicle；CAE；NVH

自從2009年《國家汽車產業調整和振興規劃》［1］中特別提到了“要突破汽車NVH技術”以來，整車NVH技術越來越受到生產廠商和廣大消費者的重視。而汽車大多數振動均通過車身傳遞給乘員。因此，車身的振動屬性是影響整車NVH性能十分重要的因素之一。

為規避風險，縮短開發周期，目前開發新車大都基于某一舊車型，車身更是如此。相對于參考車型，新車在設計更換動力總成、底盤、轉向、空調、排氣系統等部件后，各部件的模態頻率也發生了相應的變化。為避免和其它部件模態頻率重合而發生共振現象，車身的模態分布也要做適當的調整，這給設計帶來較大的難度。

某款新車型在主觀評價過程中，有一個現象引人關注：在關閉側滑門時和中低速行駛過程中，側圍振動明顯。

1 側圍振動測試與分析

要解決振動問題，首先要了解振動現象本身所具備的振動頻率、振型等特性。然后結合汽車整車各部件的頻率分布去查找引起該異常振動的根源。為此，做了如下三種相應的測試：

（1）在整車狀態下關閉側滑門，測試側圍振動響應，見圖1；

（2）60 km/h勻速整車ODS（工作變形）試驗；

（3）按國標GBT4783-1984進行的偏頻試驗，見圖2。

其中關門響應測試主要了解側圍異常振動的主要頻率，而ODS試驗從整車角度出發，關注包含車身在內的各主要部件在運行條件下的振型和頻率。將偏頻試驗與ODS試驗相結合，了解分布在側圍異常振動頻率附近的底盤（非簧載部分）的模態頻率。

以上試驗表明：

（1）側滑門關閉過程中，側圍振動響應峰值對應頻率是13.2 Hz；

（2）60 km/h行駛過程中車身在13.2 Hz頻率處振動幅值最大，在15.4Hz處次之（但峰值較大，不能忽略），其它頻率振動響應相對很小。ODS試驗結果表現出整車（包含車身）振動的大概振型，見圖3、圖4；

（3）汽車后橋左右輪反向跳動模態頻率為13.6 Hz，同向跳動模態頻率為15.2 Hz；

可見側圍振動主要發生在13.2 Hz和15.2 Hz頻率附近。為進一步考察側圍是否與其它零部件發生共振，必須明確車身模態分布狀況，尤其要考察車身是否存在13.2 Hz和15.2 Hz頻率附近的模態。

2 白車身模態CAE分析

2.1 CAE建模

根據CAD數模，建立帶前擋風玻璃以及側圍固定車窗玻璃的CAE有限元模型。殼單元總數為932 463，節點總數為971 189，平均單元尺寸為10 mm×10 mm，螺栓連接用RBE2 單元模擬，焊點用CWELD 單元模擬，焊縫用RBE2單元模擬。

2.2 CAE計算結果

CAE計算結果如表1所示。

由于CAE計算比較理想化，因此相對實車模態應該會略有偏高。但其前兩階頻率與前面試驗值相差不大，振型與ODS試驗一致。

3 白車身模態試驗

為進一步驗證CAE分析結果，了解車身實際模態，模態試驗必不可少。選取與CAE模型狀態一致的車身，采用如下方案進行模態試驗。

3.1 試驗方案

約束：空氣彈簧自由支承。安裝好后，系統剛體模態頻率低于車身彈性模態頻率的1/5［2］；

建模：采用骨架和面板件分開局部單獨建模的方法。為充分反映車身整體和局部模態振型，確定519個測點，見圖6。

測試方法：MIMO（多輸入多輸出法）。在縱梁和橫梁底部安裝3個激振器，對車身X、Y、Z三個方向激勵，移動三向加速度傳感器依次測量，見圖7。

參數設置：分析帶寬80，頻率分辨率0.2 Hz，采用猝發隨機激勵信號。

3.2 測試結果

測試結果見表2。

表2 模態試驗結果——前3階模態

試驗與CAE計算結果十分接近，振型基本一致。

由于整車車身上安裝了內飾件及頂部空調蒸發器，這等于在車身剛度不變的條件，增加了車身附加質量，因而基于整車的車身模態會相應降低。車身前兩階模態將更加接近后橋頻率。

4 綜合分析

根據以上分析，對比振型和模態頻率，同時考慮到分析和測量誤差，可以得出以下結論：

1）整車上，車身存在13.2 Hz左右的呼吸模態是導致滑門關閉時側圍振動過大的原因（其實頂蓋振動最為明顯，只是因為內飾件遮蔽，看不到）；

2）行駛時，車身前兩階模態頻率分別和后橋反向、同向跳動模態頻率接近（近于重合），產生共振是導致側圍行駛振動異常的原因。

3）車身一階彈性模態最低達到13.2 Hz，這說明車身剛度太低。從模態振型來看剛度較低部位主要在頂蓋和側圍C柱處。

5 改進工作

明確產生異常振動的根源后，針對車身薄弱部位（頂蓋和側圍），本著提高車身剛度和合理分布模態頻率的原則，從以下兩個方面采取改進措施：

（1）工藝改進

由于是產生異常振動的車處于ET1狀態，鈑金件沖壓和焊裝精度、涂膠工藝還不能達到設計要求，這些均對車身整體剛度有負面影響。在整車開發SOP之前，這方面將是持續改進的內容。

（2）設計改善

工藝改善對車身剛度增強作用有限，設計改進是改善車身剛度決定性的因素。采用增加沖壓件料厚、修改接頭部件結構以及增加加強板件等改進措施，并通過CAE反復仿真計算與模態試驗驗證，車身側圍一階試驗模態從原來的13.5 Hz提高到了18.5 Hz，其它模態頻率也有相應提高，成功避開了后橋固有頻率見圖9、圖10。按改進方案裝車后，在關閉側滑門和行駛工況中，側圍異常振動消失，振動水平達到主觀評價可接受范圍內。

6 總結

本文通過對關閉側滑門和行駛過程中側圍異常振動進行了分析，找到產生該現象的根源。在現有結構基礎上，通過工藝、設計改進，輔以CAE模態和剛度計算，成功將車身前兩階模態提高5 Hz左右，側圍振動水平也降低到了主觀評價可以接受的范圍。

參考文獻：

［1］ 國家汽車產業調整和振興規劃［R］.2009.

［2］ 劉馥清.試驗模態分析基礎［R］.