某后驅SUV車型勻速共振問題研究

夏立峰，韓超，李杰，李永放，冷鴻彬，陳志洋

（四川建安工業有限責任公司，四川 雅安 625000）

1 前言

汽車的振動（N）、噪聲（V）、舒適性（H）已經成為衡量汽車性能的最重要指標之一，同時也是用戶對車輛的最直觀感受。由于車輛的零部件縱多，當汽車達到某個轉速時一旦與車輛某些固有頻率相同或接近時將產生共振,同時會產生明顯的低沉噪聲。共振不僅影響乘客乘坐的舒適性,而且影響到汽車的耐久性和安全性。

2 整車共振測試分析

2.1 共振現象描述

某后驅SUV車型開發在PPO階段，樣車試駕過程中勻速80km/h巡航時，整車出現明顯的共振與低沉的轟鳴噪聲、同時車輛地板有明顯的振動感。當整車時速低于或是超過80km/h，共振現象消失。

2.2 共振問題測試

整車測試傳感器的布設情況如圖1所示。同時使用Lms.testlab軟件對勻速80km/h時的噪聲、振動進行數據采集。

圖1 整車測點布置圖

對采集到的整車數據進行能量平均分析，如圖1、2所示。得出車內噪聲在56Hz處存在明顯的噪聲峰值（67.1dB）；車輛底板處的振動（整車Z向）在56Hz處同樣存在振動峰值（1.1g），由此可以確定共振問題頻率為56Hz。

圖2 車內噪聲頻率特性

圖3 底板振動頻率特性

2.3 共振問題分析

從測試數據分析可知，整車勻速80km/h的共振異常頻率為56Hz，底板處的振動最為明顯。采用CAE分析軟件ANSYS對該車型的傳動軸進行模態分析得到：前段210.5Hz（一階彎曲模態）、后段130.3Hz（一階彎曲模態）；后驅動橋模態103Hz（一階彎曲模態）。

根據上述零部件的模態數據可知，共振頻率不來自某單一零部件。因此懷疑是傳動鏈上的第三級傳動系統（傳動軸與后驅動橋的耦合）所引起。對傳動軸與驅動橋組成的第三級傳動系統進行建模分析，如圖4所示；其前4階模態頻率值，如表1所示。

圖4 第三級傳動系統CAE模型

表1 第三級傳動系統模態頻率值 單位：Hz

CAE分析結果顯示，第三級傳動系統的3階扭轉模態（56.5Hz）與測試出的共振頻率（56Hz）基本一致，即發動機的扭振激勵起第三級傳動系統的3階固有頻率，產生共振響應，經由傳動軸中間支撐、后驅動橋的板簧、縱臂、拉桿等傳遞到車輛底板上，引起底板振動以及車內低沉的轟鳴噪聲。

3 整車共振問題的解決

根據系統固有頻率的定義可以將固有頻率計算公式簡化定義如下：

其中 k-剛度；m-質量

共振問題的解決措施主要有：（1）消除振動激勵法；（2）調整固有頻率法；（3）安裝吸振器裝置等方法。考慮到方法的可行性、經濟性，選擇改變固有頻率的方法。同時由公式（1）可知調整零部件的剛度以及質量均可以實現，本文采用提高零部件的剛度以達到第三級傳動系統整體避頻的目的。

采用與橋殼同材質的Q345鋼板加工成與橋殼下圓弧過渡區和后背蓋緊密貼合的三角形以及半矩形，如圖5所示。

圖5 后驅動橋剛度加強板

同時將傳動軸中間下支撐板加厚，并減小傳動軸下支撐板與車輛底板的貼合圓角，如圖6所示。

圖6 傳動軸中間下支撐剛度加強板

利用ANSYS軟件對剛度加強后的傳動軸與驅動橋組成的第三級傳動系統進行建模分析，如圖7所示；得出其前4階模態頻率值，如表2所示。

圖7 第三級傳動系統剛度加強CAE模型

表2 傳動系統剛度加強后模態頻率值 單位：Hz

從分析結果來看，剛度加強后的第三級傳動系統的前4階固有頻率均有所提高，其中第3階扭轉模態由原來的56Hz提高到65.8Hz。

按照圖1的傳感器布點位置對剛度優化后的整車進行駕評以及測試。主觀架評感受車內底板共振以及車內的低沉轟鳴噪聲明顯消失，客觀振動、噪聲測試數據分析如圖8、9所示。

圖8 剛度優化后車內噪聲頻率特性

圖9 剛度優化后底板振動頻率特性

從測試數據分析來看，三級傳動系統剛度提高后的整車56Hz處的共振噪聲峰值消失（由原來的67.1dB降到45dB）；共振振動峰值同樣消失（由原來的1.1g降到0.05g）。充分證明了避頻減振的可行性。

4 結論

針對樣車在試駕過程中出現的共振問題，首先用能量平均的方法找出樣車的共振頻率值，其次利用模態分析的方法得出整車共振頻率來自驅動橋與傳動軸組成的第三級傳動系統。最后選擇提高系統剛度的方法以達到避率減振。通過整車實際測試數據分析發現整車共振消失，方法有效可行。