三、解决问题

三、解决问题

新产品或多或少都会出现一些NVH问题,如振动噪声问题、异响问题。汽车公司应该拥有专门的NVH团队,用来处理NVH问题,并具备一定的试验条件,如试验跑道、试验室、测试设备和试制样件的车间等,有时还可能需要供应商介入。

解决NVH问题需要大量的人力、物力,成本很高。据统计,大约有20%的研发费用被用在解决NVH问题上。而后续已经上市销售的汽车中出现的问题,约有30%与NVH有关。

过去,解决汽车NVH问题主要依靠实验手段。这过多地依赖实验工程师个人经验。往往是根据主观判断,制定大量的方案,并一一试制样件,然后对样件逐一加以试验验证。这样的做法需要耗费大量的资金用来试制样件,还需要很长的周期。而现今,CAE方法的飞速发展,给解决NVH问题提供了一个快捷的途径。辅以CAE方法,可以快速定位问题的根源,试制样件,在制造实际的样件之前,通过虚拟的方式对方案的效果加以验证,从中找出最有效的方案。最终再通过试验来验证。而这样做需要有经验的CAE工程师来配合,同时也需要有力的辅助工具,如分析软件、硬件等。

通过公司内部评审,投放到市场上销售的汽车也可能出现NVH问题。此时,多是通过顾客的投诉渠道反映到汽车生产者手中。对于这样的问题,汽车公司应该尽快组织人员加以解决,否则,在当今信息极度发达的社会,一个小小的问题就会很快地在大范围内传播开来。

下面举一个试验与CAE相结合,解决噪声问题的实际应用案例。

某公司生产的微型面包车,在样车试验阶段,车辆行驶在5档110km/h,或发动机转速在3600r/min工况时,车内轰鸣声达到难以忍受的地步。如果长时间在该环境下,会造成乘员听力损伤。这种情况无法通过评价部门的评审,因而也就无法进入到上市销售的环节。

图13-4为试验样车车内噪声的测试结果。从结果中可以看到,当发动机转速在3660r/min和3900r/min时,有两处较高的峰值。在4200r/min时也有一处峰值,但是由于已经超过了常用发动机转速范围,因此,重点需要解决的还是3660r/min时和3900r/min时这两处峰值。

通过数据分析,发现这两个峰值的主要激励成分都是2阶,因此可以判断激励源来自于发动机,因为该车装配的是4缸直列发动机,其主要激励成分为2阶。

为了查找问题的根源,开展了一系列测试。图13-5为发动机右悬置支架的动刚度测试。可以看到,在118Hz和127Hz有两处较明显的峰值,正好与车内噪声曲线的3660r/min和3900r/min位置对应。因此,初步判断发动机右悬置支架的模态是造成车内噪声峰值的主要原因。

针对上述分析结果,对发动机右悬置支架进行了模态分析和动刚度分析。图13-6为模态分析结果,图13-7为动刚度分析结果。分析模型采用包含发动机悬置支架在内的部分车身,不包括发动机。

模态分析结果显示,在117Hz和128Hz,有两处右悬置支架的模态,但它们不是支架本身的模态,而是支架所附着的右纵梁的模态。正是由于纵梁振动带动了支架,使发动机传递过来的激励被这两个模态放大,造成了车内噪声过高。

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图13-4 车内噪声

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图13-5 右悬置支架动刚度

图13-7中动刚度的分析结果也验证了这两个模态的存在,它与图13-5中的测试结果也有很好的一致性。

基于以上测试和分析结果,判断发动机右悬置支架(右纵梁)的振动产生了车内的噪声峰值。据此,制定了几个改进方案(例中选用了几个效果较好的方案,方案的序号使用原号码)。

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图13-6 发动机右悬置模态分析

方案三:在发动机右悬置支架上安装动态减振器(Dynamic Damper,D/D),如图13-8所示。

动态减振器的效果如图13-9所示。其中的BASE为原状态,CASE3为安装动态减振器后的动刚度分析结果。图13-9a为Y向动刚度,图13-9b为Z向动刚度,可以看到,Y向和Z向的动刚度均有明显的下降。

方案五:纵梁加强。

纵梁内悬置支架安装位置,原来有两块小的螺母板。为了加强纵梁,将该螺母板扩大,如图13-10b中所示。并与纵梁焊接在一起。

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图13-7 发动机右悬置动刚度分析

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图13-8 动态减振器

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图13-9 动态减振器的效果

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图13-10 纵梁加强

图13-11为纵梁加强后的动刚度分析结果。虽然动刚度幅值没有降低,但是向右移动,已经超出了常用的频率范围。

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图13-11 纵梁加强效果

方案六:纵梁加强。

为了提高纵梁的刚度,在纵梁和悬置支架之间增加一个连接件,如图13-12中的支架,一端与纵梁焊接到一起,另一端通过螺栓与悬置支架连接。图13-13为加强后的动刚度分析结果。可以看到,纵梁和悬置支架的Y向和Z向动刚度均有不同程度的提高。

通过上述分析,选定了这三组效果最好的方案用来试制样件。样件试制完成后,逐一装车试验。试验结果显示,方案六的效果最好。

图13-14为改进后的动刚度测试结果,实线为原状态,虚线为改进后的结果。可以看到,改进后的动刚度比原状态有大幅度的提高。

图13-15为改进后的车内噪声测试结果。实线为原状态,虚线为改进后的结果。可以看到,在3300r/min处,噪声降低了约6dB,在3660r/min处,噪声降低了约10dB,在3900r/min处,噪声降低了约4.5dB,在4200r/min处,噪声降低了约5dB。改进后的车内噪声达到了实用的水平。

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图13-12 纵梁加强

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图13-13 纵梁加强后动刚度分析结果

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图13-14 改进后的动刚度结果

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图13-15 改进后的车内噪声