某輕客高速行駛時側圍振動的分析及優化

康春香，吳根忠

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

某輕客車型是一款以載客為主，主打中高端市場的歐系輕客，客戶對其舒適性期望很高，與乘用車相當。而市場一輛該車型在車速110Km/h左右時，車廂中部側圍（C柱位置）振動明顯，導致客戶抱怨極大，對品牌形象造成很大影響。針對此問題，本文對其進行詳細分析和方案探索。

1 問題原因分析

1.1 實物調查

對問題車進行檢測，在側圍C柱上粘貼9個振動傳感器進行測試，具體布置位置如圖 1所示，測試儀表顯示車速110Km/h（實際車速約為 Km/h）時側圍振動，結果顯示，側圍振動頻率為13.87Hz，7點Y向振動最大，達到0.42g，3點Y向振動次之，為0.3g。

通過90-120Km/h加速掃頻測試分析，14.38Hz為振動最大的頻率點。測試 90-120km/h加速，車輪激勵從 11.74Hz升高到15.65Hz，分析3點和7點Y向振動，從數據看，14.38Hz為振動最大的頻率，從形態特征看，問題為共振引起的振動問題。

圖1 傳感器布置示意圖

1.2 原因分析

1.2.1 激勵源分析

（1）經過分析發現，5檔車速在110Km/h時，發動機及傳動軸激勵均高于100Hz，動力傳動系統非此問題激勵源。

（2）計算106Km/h時車輪怨偶激勵頻率為13.82Hz，與問題頻率基本一致。

106Km/h車輪一階激勵頻率：

車速106Km/h，車輪線速度為29.444m/s，車輪滾動周長為2.13m。

圖2 振動測試頻

（3）如圖3所示，測試后橋振動頻率與車內響應點頻率相一致。

圖3 后橋底盤振動與車內響應點頻率對比

（4）如圖4所示，開展轉轂倒拖試驗，后輪拖動時與四輪拖動時車內響應點振動相當。

圖4 轉轂倒拖車內響應

綜上四點，確認激勵來自后輪一激勵。

1.2.2 傳遞路徑分析

根據激勵源及整車結構分析，可以確認振動激勵源為后輪，如圖5所示，振動產生后通過后橋及車身傳遞到側置，在側圍處產生響應，分析此問題需要進行如下排查：

圖5 傳遞路徑示意圖

為了驗證是否是車輪均勻性引起的問題，通過控制后車輪的動平衡、徑向均勻性、尺寸均勻性進行驗證。經多次方案驗證后發現控制后輪的動平衡、徑向力和均勻性后，可降低振動，但不能消除問題。

通過后橋擾動，改變簧下共振頻率、板簧剛度、減振器阻尼對問題均無明顯的改善效果。

激勵后輪輪心，測試輪心到板后橋、板簧主動側的VTF，在14-15Hz均未出現VTF峰值，說明后橋并未放大后輪傳遞的振動激勵。

利用互易性原理，測試左側C柱到車身底盤接附點車身側及右側C柱的VTF，在14-15Hz底盤接付點均不存在峰值，而如圖6所示，側圍C柱左右側均出現了14-15Hz左右的VTF峰值。

圖6 左側C柱到車身底盤接附點VTF

對車身側圍進行 CAE模態分析，側圍呼吸模態頻率14.7Hz；試驗測試側圍呼吸模態15.54Hz；動態測試ODS分析顯示在110Km/s時，側圍呈現呼吸模態的振動特征.

通過 CAE模態分析、試驗模態，ODS排查，可確定110Km/s時，側圍呼吸模態發生了共振。

傳遞路徑排查結果：

后輪激勵：有影響，非主因；

后橋傳遞路徑：無影響；

車身傳遞路徑：呼吸模態共振放大，最主要和根本的原因。

因此，在車速110Km/h左右，車身呼吸模態產生共振是引起側圍振動的最主要和根本原因。

2 制定解決方案并實施

2.1 原車身C柱結構分析

對某輕客車型進行CAE仿真分析，分析結果如圖7所示，車身二階呼吸模態為14.7Hz，車身剛度不足處主在側圍C柱上方。

圖7 CAE仿真分析結果

車身側圍C柱斷面結構如圖8所示，側圍內外板之間空腔缺少支撐結構，導致車體剛度不足。

圖8 原車身側圍C柱結構

2.2 改進方案

根據CAE分析結果，設計的優化方向為在C柱內板和外板之間由“幾”字型支架連接，但是C柱內部空間不足，無法增加“幾”字型支架，因此新增“L”型支架。因為結構和工藝限制，新增的“L”型支架無法與C柱加強板之間焊接，因此在側圍外板上/下加強支架與C柱加強板之間增加結構膠。改進后結構斷面詳見圖9。

圖9 車身側圍C柱優化結構

2.3 改進措施CAE分析

對優化方案數據進行CAE仿真分析，分析結果顯示二階呼吸模態頻率為17.16Hz，避開了共振頻率范圍。

2.4 試驗驗證

按照優化方案制作手工樣件，并進行實車驗證。驗證結果顯示車輛在130Km/s以下行駛時整車無明顯異常抖動，未出現明顯共振問題，激勵頻率點的振動最大在 130Km/s，僅有0.2g，達成優化目標。

3 結論

通過對車身進行CAE仿真模態分析，發現車身剛度存在的不足，針對剛度不足之處進行優化，對產品設計開發是一種行之有效的方法。但是該車型的問題出現在批量上市后，受整車結構、工藝及成本等的多重限制，對問題的分析和改進難度更大。因此在產品開發初期就要合理充分地運用仿真分析工具以降低產品設計的不合理處，避免后期設變產生產品缺陷和成本的浪費。