排氣系統(tǒng)模態(tài)影響因素研究及應(yīng)用

張慧芳，鮑金龍，范永恒，呂士海，陳岳昌

(長城汽車股份有限公司技術(shù)中心 河北省汽車工程技術(shù)研究中心,河北 保定 071000)

汽車NVH性能是影響乘客舒適性的重要性能之一，其中低頻轟鳴問題為常見問題之一，而排氣系統(tǒng)是引起低頻轟鳴問題產(chǎn)生的主要系統(tǒng)，排氣系統(tǒng)可以通過結(jié)構(gòu)和噪聲兩條路徑進(jìn)入車內(nèi)引起轟鳴，因此控制排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，可以有效提高汽車NVH水平。

排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析中，排氣模態(tài)是所有排氣振動(dòng)分析的基礎(chǔ)，因此保證排氣模型的相對準(zhǔn)確，才能更好地控制排氣振動(dòng)的產(chǎn)生，提高汽車NVH性能。現(xiàn)階段國內(nèi)外對此方面的研究較少，在文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[2]中，作者對排氣靈敏度做了相關(guān)研究，但是大部分只是對排氣吊耳、排氣柔性管、排氣管路進(jìn)行影響分析，沒有徹底分析影響排氣模態(tài)零部件的靈敏度，本文借用某車型排氣系統(tǒng)，對排氣系統(tǒng)的所有零部件研究，找出影響模態(tài)的關(guān)鍵零部件，從而達(dá)到在前期有效控制排氣模態(tài)，更有效地控制排氣振動(dòng)問題產(chǎn)生的目的，并對前期預(yù)防和后期問題整改及試驗(yàn)相關(guān)性分析方面具有重要指導(dǎo)意義。

1 技術(shù)路線

圖1為某車型全模態(tài)分析模型，其中軟連接與橡膠吊耳以及懸置采用CBUSH單元進(jìn)行模擬，隔板與消聲器外殼采用CWELD進(jìn)行模擬，焊縫和吊鉤采用shell單元模擬，法蘭采用四面體單元模擬。

圖1 排氣系統(tǒng)模型

本文以某車型排氣系統(tǒng)為例做研究，提供研究排氣系統(tǒng)部件敏感度的思路，主要按照整車-系統(tǒng)-零部件的思路進(jìn)行分解模型，最終得出排氣系統(tǒng)上各個(gè)部件對排氣模態(tài)振型和頻率的影響大小。

圖2 技術(shù)路線

2 影響因素分析

2.1 振型影響分析

根據(jù)表1的方案對各個(gè)零部件的振型靈敏度進(jìn)行分析，最終得出圖3的結(jié)果。

圖3 各個(gè)零部件對振型的敏感度MAC值

MAC百分比越大則靈敏度越小，對振型影響也越小。吊鉤、催化器、后消聲器、動(dòng)力總成這幾個(gè)零部件的改變，MAC值在前13階次，MAC值在80%以上，因此對振型敏感度較弱；前消聲器在前6階對振型敏感度較低，主要影響高階次振型；橡膠吊耳對前8階敏感度較高，管路走向和軟連接剛度以對整個(gè)階次的敏感度均較高；前消聲器對5階以上振型敏感度較高。因此在前期布置時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮管路走向及前消聲器的位置，以及軟連接剛度的選取。

2.2 頻率影響分析

對以上的模型進(jìn)行頻率統(tǒng)計(jì)，研究其對頻率的影響，其結(jié)果見圖4。

圖4 排氣各個(gè)零部件對模態(tài)頻率影響

在60 Hz之前各個(gè)零部件對頻率的敏感度影響均小于5 Hz，在60 Hz以上法蘭、中消、后消及軟連接剛度參數(shù)對頻率影響敏感度較高，法蘭影響最大，其次為中消。若后期產(chǎn)生60 Hz以上振動(dòng)問題，可以考慮通過以上敏感件調(diào)整頻率，否則，改變振型會(huì)比較有效，調(diào)頻率效果不大。

3 某車型排氣問題案例

3.1 問題及原因

某車型在2 500 r/min左右車內(nèi)出現(xiàn)轟鳴，對車內(nèi)噪聲階次分析，車內(nèi)2 500 r/min處轟鳴主要貢獻(xiàn)量為4階噪聲，對應(yīng)頻率為166 Hz左右，測試結(jié)果如圖5所示。

經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)，在3檔pot工況，車內(nèi)噪聲與軟連接后吊鉤相關(guān)性較好，脫開吊鉤后，轟鳴消失。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)此吊鉤車身側(cè)振動(dòng)在169 Hz處有一共振帶，如圖6所示。

表1 相關(guān)性仿真方案

圖5 駕駛員右耳噪聲階次圖

圖6 三檔POT工況軟連接后吊鉤車身側(cè)三個(gè)方向振動(dòng)

經(jīng)排查排氣系統(tǒng)模態(tài)（165 Hz）和車身縱梁（170 Hz）頻率接近，存在共振。

3.2 解決方法及結(jié)論

由于后期排氣系統(tǒng)很多部件更改起來比較困難，通過上面對排氣系統(tǒng)敏感件的分析可以得出，在60 Hz以上要想調(diào)開排氣頻率，最簡單的辦法就是更改軟連接剛度，從而避開與車身縱梁的頻率。

對軟連接剛度進(jìn)行調(diào)整后，經(jīng)測試駕駛員右耳聲壓級從69.7 dB降到64.9 dB，聲壓級降低約5 dB，結(jié)果見圖7。

圖7 更換軟連接前后駕駛員右耳噪聲對比

4 結(jié)語

本文通過分析排氣系統(tǒng)零部件對排氣模態(tài)振型和頻率的影響，得出以下結(jié)論。

對振型的影響：

（1）吊鉤、催化器、后消聲器、動(dòng)力總成對振型敏感度較低；

（2）前消聲器和橡膠吊耳對低階次敏感度較高；

（3）軟連接剛度和管路走向?qū)φ麄€(gè)階段敏感度均較高；

對頻率的影響：

（1）在60 Hz之前，各個(gè)零部件對頻率的敏感度影響均小于5 Hz；

（2）在60 Hz以上法蘭、中消、后消及軟連接剛度參數(shù)對頻率影響均較大，法蘭影響最大，其次為中消。

因此在前期布置時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮管路走向及中間消聲器的位置，若后期產(chǎn)生60 Hz以上振動(dòng)問題，可以考慮通過以上敏感件調(diào)整頻率。否則，改變振型會(huì)比較有效，調(diào)頻率效果不大。

結(jié)果對指導(dǎo)前期設(shè)計(jì)布置以及解決后期問題具有重大意義。

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