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典型汽车NVH-怠速振动噪声

时间:2019-08-19 来源:熊猫流量小王子


1.发生现象


  • 怠速时,车身、地板、座椅、方向盘等有振动感。

  • 有时发生低频轰鸣声,此时人能感觉到强烈的压迫耳膜的不适感。

  • 振动和噪音的大小随着发动机怠速转速及负荷的变化而变化(空调ON→OFFA/TN→D档等变化时)。


2.机械原理


部件

激励源

传递路径

NVH响应

①发动机

②发动机悬置

③传动轴

④悬架

⑤排气系统

⑥地板

⑦方向盘

⑧座椅

⑨车身

原理

Ÿ    发动机的扭矩波动和往复惯性力为激励力。

Ÿ    4缸发动机2阶成分和6缸发动机3阶成分为主要的激励力。一般情况下,汽缸数增多,激励力会变小,但多汽缸发动机也存在低阶次激励力的问题。

Ÿ    柴油发动机比汽油发动机的激励力大10dB左右。

Ÿ    发动机怠速不稳,会激发间歇式的振动。

Ÿ    发动机悬置决定动力总成共振,是发动机激励力的主要的传递路径,是怠速振动设计时最重要的部件。

Ÿ   前置前驱自动档汽车,N档变D档时传动轴万向节的刚度会上升,通过传动轴到悬架的振动传递也不能忽略。

 

Ÿ    车身弯曲模态,方向盘等的共振模态,都在4缸发动机和6缸发动机的激励力频率范围内,为避免发生共振,需要对车身进行合理的设计。

 


3.怠速振动实测示例

4.设计要点


怠速振动、怠速轰鸣音的激励力(基本阶次)主要是由发动机的排气量,压缩比以及往复惯性质量等决定,这些因素是怠速振动与怠速轰鸣声的设计前提条件和关键点。在设定怠速转速(激励力的频率范围)时,不仅要考虑动力总成系统的燃油经济性,还要结合平台规划以及发动机悬置的位置形式加以综合考虑,此外,怠速时发动机振动主要是由发动机转速不稳引起的,因此有必要在燃烧系统方面采取相应措施。


发动机悬置刚度越低,对怠速振动越有利。但是由于发动机悬置中橡胶部件还要承受200kg300kg的动力总成系统的质量以及驱动扭矩的反作用力,受到耐久性、发动机的摇动量以及乘坐舒适性等因素的制约,因此降低发动机悬置刚度来改善怠速振动与怠速轰鸣声是有限度的,为此,特别是4汽缸发动机,发动机悬置的位置布置极其重要。


在设定怠速转速时,一般设计成发动机以惯性主轴为中心向(roll方向)振动。越靠近主轴中心其振动级就越小,因此最佳方案是将主悬置设计在中心轴附近,也就是说在激励力振动节点处设定支撑点。如果发动机悬置的布置设计失败,开发后期想从力学上进行改善几乎是不可能的,因此开发初期的悬置设计至关重要。


下面左图是发动机悬置布置示意图,图中列举了2个布置案例(示例1、示例2),其中最佳布置方案是左右悬置布置在发动机惯性主轴上。下面右图为发动机振动示意图。


下图是上面两种发动机悬置位置(示例1、示例2)时车内地板的振动的计算结果。示例2中发动机悬置的位置仅偏移了50mm,但地板振动大幅度地恶化,由此可见发动机悬置位置的设计非常重要。


此外,对于怠速振动,不仅仅发动机悬置影响大,悬置设计重要,车身骨架的设计也很重要。如果轿车车身骨架一阶弯曲模态为2025Hz,介于发动机激励力的频率范围内(4汽缸汽车怠速转速为600750rpm),由于车身共振车身本身起振动放大器作用,此时要降低车辆的振动极为困难,为此对对前置前驱车,要求车身一阶弯曲模态设计在30Hz以上,经验证车身一节弯曲模态达成30Hz以上,车辆的怠速振动基本得以彻底解决。


如果在开发初期车身骨架设计得不合理,车身一阶弯曲模态很难达到30Hz,若想通过加强车身的措施来提升其一阶弯曲模态的话,即使如今应用了仿真分析技术,车身将至少增加几十公斤的质量,以此车身骨架的初期设计极为关键。


下图是两个一阶弯曲模态不同的车身振动传递函数,可见弯曲共振频率点的振动相差很大。其中,一阶弯曲模态为22Hz的车身的振动传递函数在2030Hz(发动机怠速转速)范围内存在明显的峰值;而一阶弯曲模态高于30Hz的车身其振动传递函数在此范围内并未出现明显峰值。

为了确保车身刚度和共振频率,车身骨架的截面和连接刚度很重要。如下图所示,如果车身纵梁的一部分有凹陷,会导致车身骨架的刚度大幅降低,即使采取一定的加强手段,也不能提升其在发动机的激励力范围内的共振频率。



来源:声振研究(ID:AcousticAndVibration)分享转载

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