基于動剛度的車內降噪研究

常光寶，梁靜強，呂俊成，李書陽

(上汽通用五菱汽車股份有限公司,廣西柳州 545007)

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基于動剛度的車內降噪研究

常光寶，梁靜強，呂俊成，李書陽

(上汽通用五菱汽車股份有限公司,廣西柳州 545007)

白車身安裝點動剛度特性對整車車內振動與噪聲有較大影響。采用動剛度分析方法，通過優化提升第五排氣吊鉤的動剛度，使得后排左乘員右耳處聲壓由73 dB降至64.6 dB,降噪8.4 dB，后排右乘員左耳處聲壓由73.1 dB降至63.2 dB,降噪9.9 dB。在項目開發前期提升白車身安裝點的動剛度，可以在前期有效控制車內振動噪聲。

動剛度；優化；噪聲控制

0　引言

動剛度是動載荷下抵抗變形的能力，動剛度過低將嚴重影響車輛振動疲勞以及整車乘坐舒適性[1]。汽車在實際行駛過程中，會受到多種工況下的動態載荷作用。當動態載荷與車身系統的動力學特性很接近時，即動載荷的某個分量與車身系統的某階模態的固有頻率接近時，將可能引發結構共振產生較高的動應力，導致車身的疲勞破壞；車輛在實際運行中受到發動機激勵、路面激勵、進排氣激勵等激勵影響，這些激勵通過白車身硬點(懸置安裝點、懸掛安裝點、排氣系統吊鉤安裝點等)將振動傳遞至車身上，進而引起車內振動與噪聲。安裝點動剛度越大，傳遞至車身的能量越小，所以需要提高安裝點的動剛度以減少外界能量的輸入，進而減小車內振動與噪聲。文中針對某車型車內后排噪聲大的問題，經排查發現該問題是由排氣系統第五吊鉤安裝點的動剛度過低引起，通過提升其動剛度大大降低了車內噪聲。

1　動剛度概念與基本理論

動剛度是結構產生單位振幅所需要的動態力．表征了結構在動態載荷下抵抗變形的能力[2]。對于受簡諧振動的單自由度系統，有阻尼振動系統的振動微分方程[3]為

(1)

這里用一個復向量來表示激勵。指數函數eiωt與三角函數cosωt和sinωt有如下關系

eiωt=cosωt+isinωt

(2)

eiωt可以看作在一個復平面內以角速度ω旋轉的單位向量。因而，cosωt就是復向量在實軸上的投影，即eiωt的實部，而sinωt為eiωt的虛部。這樣，穩態響應可以表示為

x=Xei(ωt-φ)

(3)

于是有

(4)

將式(3)和式(4)代入方程(1)得

(5)

(6)

由式(6)可得動剛度為：

(7)

由式(7)可得動剛度的幅值為

(8)

由式(8)可見：動剛度并不是一個常數，而是隨頻率的改變而變化，是頻率的函數。同一系統的動剛度，對于各種不同的振動，雖然其數值各不相同，但都取決于其本身的參數(靜剛度k、阻尼比ξ和質量)，而且在不同頻率范圍內，各參數對動剛度的影響是不同的。

2　車內噪聲問題分析

某OTS樣車在主觀評估時發現車內后排乘員處聲壓級較大，經測試排查發現是車身側第五排氣吊鉤安裝點動剛度過低引起的。現對第五排氣吊鉤進行動剛度分析，并在此基礎上對其進行動剛度優化分析。利用優化后的新結構，分析對車內噪聲的降噪效果。

3　動剛度仿真分析

3.1建立有限元模型

(1)根據HyperMesh軟件，建立某公司某一車型白車身的有限元模型，采用四邊形殼單元(CQUAD4)和三角形殼單元(CTRIA3)劃分網格，在劃分過程中，模型三角形殼單元應控制在5%以內，模型如圖1所示。

(2)利用Radioss求解器進行模態頻響分析。因為模態計算階數會顯著影響其計算精度，那么依據模態截斷理論，按模態最高頻率至少為分析頻率兩倍的原則[4-5]設定分析階次頻率。

3.2動剛度結果分析

對上述有限元模型進行動剛度分析，其車身側第五排氣吊鉤的動剛度分析結果如圖2所示。

圖2中的曲線是遷移率曲線(a/F)，即加速度與力的比值[單位:mm/(s2·N)]曲線，為了便于分析，將動剛度曲線轉化為遷移率曲線。由圖2可知：其X、Y、Z3個方向的動剛度值均不滿足目標曲線要求，下一步將對它進行優化。

3.3動剛度優化分析

經分析發現吊鉤自身剛度較弱，導致它在整個頻率段內動剛度較弱，現對其結構進行更改，增加一吊鉤加強支撐作用，提高其剛度，并將吊鉤沿縱梁縱面垂直方向縮短10 mm，減小吊鉤的懸臂長度，如圖3所示。

優化后，動剛度結果曲線如圖4所示。分析優化后的結果可以發現：吊鉤X、Y、Z3個方向的動剛度均達到目前要求。

4　車內噪聲改善情況

通過噪聲傳函分析，發現第五排氣吊鉤為激勵點時，后排乘員耳朵處聲壓級較大，吊鉤結構優化后，后排乘客耳朵處聲壓級前后對比如圖5所示。

由圖5可知：更改吊鉤后，后排左乘員右耳處聲壓由73 dB降至64.6 dB,降噪8.4 dB。后排右乘員左耳處聲壓由73.1 dB降至63.2 dB,降噪9.9 dB。由此可見，通過改善車身側第五排氣吊鉤的動剛度對車內噪聲聲壓級改善明顯，為車內降噪提供了技術方向。

5　結論

以白車身車身側第五排氣吊鉤為研究對象，分析了其安裝點動剛度并對其進行了優化分析。通過提升車身側第五排氣吊鉤的動剛度，使得車內噪聲顯著得到改善，后排左乘員右耳朵處聲壓由73 dB將至64.6 dB,降噪8.4 dB；后排右乘員左耳處聲壓由73.1 dB降至63.2 dB,降噪9.9 dB。

【1】王學軍，張覺慧，陳曉宇.轎車車身動剛度優化[J].上海汽車，2003(1)：20-22.

WANG Xuejun,ZHANG Juehui,CHEN Xiaoyu.Optimization of The Car Body Dynamic Stiffness[J].Shanghai Auto,2003(1)：20-22.

【2】靳曉雄，張立軍，江浩.汽車振動分析[M].上海：同濟大學出版社，2006.

【3】周安勇，侯蕾，劉旌揚.白車身接附點動剛度優化設計[J].汽車技術，2013(6):16-19.

ZHOU Anyong,HOU Lei,LIU Jingyang.Optimization of Dynamic Stiffness for BIW Attaching Points[J].Automobile Technology,2013(6):16-19.

【4】Altair公司.Altair/Hypermesh user’s guide[M].

【5】Basic Dynamic Analysis,MSC/Nastran user’s guide[M].

Noise Decrease Research Based on Dynamic Stiffness

CHANG Guangbao, LIANG Jingqiang, LV Juncheng, LI Shuyang

(SAIC GM Wuling Automobile Co.,Ltd.,Liuzhou Guangxi 545007,China)

In order to reduce the noise in vehicle, the dynamic stiffness analysis method was utilized. The dynamic stiffness of the fifth exhaust hook was optimized,so the sound pressure of left rear passenger’s right ear was changed from 73 dB to 64.6 dB, and that of the right rear passenger’s left ear was changed from 73.1 dB to 63.2 dB. In early stage of project development, improving the dynamic stiffness of white body mounting point can effectively control vehicle vibration noise in early stage.

Dynamic stiffness; Optimization; Noise control

2016-04-20

常光寶,男，碩士，目前從事整車NVH仿真分析工作。E-mail：cgb19840815@163.com。

U461.4

A

1674-1986(2016)07-022-03