10.16638/jki.1671-7988.2019.11.033
李小珊，纪浩，秦再武，韦进光
（上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心，广西柳州545007）
摘要：针对某SUV车型车内抖动轰鸣声进行问题分析，查出其动力传动系统的一阶模态是引起该车内抖动轰鸣的主要原因，根据有限元模型仿真的模态特性设计出主减及副车架的液压衬套动刚度和阻尼特性，并通过试验验证了该液压衬套对车内轰鸣声的改善效果，改进后车内传动系统阶次噪声最大降低了10dB。结果表明，通过改进主减和后副车架的安装衬套的动刚度和阻尼特性，实现对抖动轰鸣噪声的抑制，为前置后驱车型汽车NVH性能优化提供了可靠的参考方法。 关键词：前置后驱；传动系统；扭振；轰鸣声
中图分类号：U463.5 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)11-100-04
Analysis and Improvement of the Booming Nosie of a Certain Model*
Li Xiaoshan, Ji Hao, Qin Zaiwu, Wei Jinguang
( TDC, SAIC GM Wuling Automobile Co., Ltd, Guangxi Liuzhou 545007 )
Abstract: This paper studied on a SUV jittering and roaring issue, and found out its power transmission system of the first order modal was the main cause of the problem. According to the FEM modal characteristics, the final drive reducer and sub-frame hydraulic bushing’s dynamic stiffness and damping characteristics were optimized, and was verified by NVH test. Test results showed that the improved driving system’s first order noise reduces the largest 10 dB. It made known that by improving the dynamic stiffness and damping characteristics of the mounting bushings of the final drive reducer and rear sub-frame, the jittering and roaring noise can be suppressed, which provides a reliable reference method for the performance optimization of the front engine rear drive vehicle NVH.
mla间硝基苯胺Keywords: front engine rear drive; drivetrain; torsional vibration; booming noise
CLC NO.: U463.5 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)11-100-04
前言
我国连续第11年蝉联全球新车销量第一。在乘用车领域，国产自主品牌鏖战于前置前驱平台，给客户的驾驶体验趋于同质化，市场接近饱和、红利锐减；而在能给客户更多驾驶体验和乐趣的高品质前置后驱乘用车领域，因其传动系统路线长、结构复杂、易产生扭振、轰鸣、后桥啸叫及传动系效率偏低等存在技术痛点问题存在，国产品牌距离高品质乘用车还有较大差距。前置后驱布置形式的车辆，其动力变速器在车体前部，驱动车轮的主减单元在车体后部，连接两者之间传动轴长度长，管径小，弯曲模态低，工作时转速高，易传递和放大扭振从而导致关联系统共振，图1为前置后驱动力传动系统的一阶、二节弯曲模型振型示意图，其模态值一般在50Hz以内，极易被路面激励激发，引发抖动轰鸣问题。因此，研究和抑制前置后驱车辆的动力传动系统一阶抖动轰
作者简介：李小珊（1987 -），女，工程师，就职于上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心，主要研究方向：底盘系统设计，底盘有限元分析，底盘振动噪声分析。项目基金：柳州市科学研究与技术开发计划项目（2016A030102）资助。
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李小珊 等：某车型抖动轰鸣问题的分析与改进
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鸣，具有重要意义和经济价值。
图1 前置后驱车型动力传动系统弯曲模态
传动系统抖动轰鸣问题国内外研究者在此领域开展了大量研究[1~4]，通常采用当量计算方法、多体动力学方法和有限元分析方法。当量计算方法做两个假设进行简化：一是把系统中的质量转化为仅有惯量而无刚度的圆盘，而是把系统的各质量之间的连接轴简化为仅有扭转刚度而无质量的弹性轴
[1]
。虽然当量方法可大幅提升计算效率，但由于该方法对惯
量、刚度、阻尼的划分方式直接影响计算结果的准确度。多体动力学模型将各个零件做刚性假设，仅考虑部件间连接特性的力学传递，可以较准确的预测底盘各零件间的运动关系，且大大减少计算资源消耗。而有限元方法高度依赖结构CAD 模型，且考虑各零件的柔性特性，具备较高精度，但需要耗费很大的计算资源。本文采用了具有基于多体系统的有限元分析模型[5]
进行分析。针对某车型在开发过程中出现的动力传动系统一阶抖动轰鸣问题，通过LMS 振动噪声测试
设备采集和分析其噪声和振动频率，在Abaqus 内建立了该动力传动系统的仿真模型进行模态分析，得到与测试接近的一阶弯曲模态，然后进一步探究抑制抖动轰鸣控制的方法，取得良好效果。
浪迹智能代理1 抖动轰鸣问题确定
1.1 测试工况
问题反馈该车型在50~80km/h 速度行驶时，后排座椅抖动轰鸣现象明显，测试工况为分别测试3档、4档、5档，6档在高速路上的全油门加速。 1.2 测点布置
a ）座椅导轨加速度传感器 b) 前排座椅位置麦克风
c) 衬套主、被动端传感器测试示意图
图2 传感器测点布置
试验使用一个72通道数据采集前端，1个麦克风校准器，布置测点如图2所示：车内前、中、后三排座椅位置麦克风各1个，前、中、后三排座椅导轨位置三向加速度传感器各1个。
测试车型为后多连杆独立悬挂车型，其中独立主减通过
四个衬套安装在后副车架上，后副车架通过四个衬套安装在车身。分别在4个独立主减衬套、副车架衬套的主、被动端布置一个三向加速度传感器。 1.3 测试结果分析
从前、中、后排座椅位置麦克风采集的声压数据如图3所示，后排总声压噪声与传动系统一阶噪声声压在峰值区域相当靠近，而前排、中排座椅位置噪声无此特点，由此可判断后排噪声主要由传动系统一阶振动贡献，峰值36Hz 附近。
图3 麦克风采集数据
图4 加速度传感器采集数据
图4为主减左前侧的主动端、被动端到副车架被动端、最后传递到后排座椅导轨的加速度传感器采集的数据，主减主动端处传动系统1阶，发动机2阶均有较大振动，被主减衬套阻隔和衰减一定振动的被动端处，1阶和2阶振动仍然
明显，且1阶明显大于2阶振动；乃至后排座椅导轨时，1阶的振动依然最大，且在37Hz 附近有能量集中，振动加速度值在0.1g 左右。由此判断，后排座椅的抖动轰鸣现象由传动系统的1阶模态引起。
2 仿真计算
2.1 建立传动系统一阶振动仿真模型
在Abaqus 中建立该传动系统的有限元模型。为了模拟
汽车实用技术
102 实车的振动特性，本文选取传动轴、主减、后驱动轴、轮毂，以及包含后悬架系统在内的后副车架作为分析对象，由于轮胎的刚度和质量对模态影响甚大，故将这两项参数也纳入建模中，并通过拓扑连接关系将这些零部件连接[5]，采用3mm 的网格基本尺寸进行网格划分，共有单元1580150个，节点654981个。 2.2 分析结果
分析模型设置2步分析步：第一步Frequency 线性摄动分析，提取系统0~500Hz 的模态；第二步steady-statedynamic ，Subspace 线性摄动分析，提取20~100Hz 范围内容系统在传动轴输入端激励
下的振动响应。从模态分析结果到36Hz 和62Hz 出现与动力传动系统振动相关的模态，如图6、7所示，其中37Hz 模态接近测试中出现的后排传动系统一阶噪声峰值36Hz ，判定该阶振型是引起后排抖动轰鸣噪声的主要原因。
图6 系统37Hz 模态振型
图7 系统62Hz 模态振型
3 优化改进
3.1 传动系统抖动轰鸣机理分析
抖动轰鸣问题是前置后驱车型常见的NVH 问题，其主要由发动机不平衡扭振激励下，经过动力传动系统传递到车身，车身壁板薄壁结构受激励后在较窄频率范围内辐射出较强的声学能量而引起。由于前置后驱车型的动力传动系统在0~200Hz 范围内有丰富的固有模态，在发动机的激励作用下，转速波动通过发动机悬置、传动轴中间支撑、悬架等结构传递至车身，容易引起结构共振，进而诱发整车抖动和轰鸣。轰鸣噪声不止与动力传动系统有关，还与底盘、车身和声腔的结构与参数有关，涉及范围广，作用机理复杂[5]。
文中通过仿真分析识别出引起抖动轰鸣的关键结构模态振型，其主要为系统中主减的扭转和俯仰模态
共振，因此主
减的安装衬套特性是解决该问题的关键。 3.2 改进措施
针对该类问题，一般通过增加双质量飞轮、扭转减振器、动力吸振器等措施，从而实现抑制传动系统扭振振幅或移动扭振共振峰的改进目的[1~4,6]。本文分析对象的独立主减通过四个液压衬套安装在后副车架上，副车架通过四个橡胶衬套安装在车身上。而主减为主体的传动系统振动是引发抖动轰鸣的根本原因，故而首先考虑通过调整安装衬套的动刚度和阻尼的方式进行改进。
液压衬套可以针对某一频率下提供远高于橡胶衬套的衰减特性，而本文经分析，存在37Hz 和62Hz 附近出现传动系统的阶次振动，且37Hz 为能量集中区域，设计对策考虑二级衰减：第一级将主减的液压衬套损耗角峰值设计在37Hz 附近，并尽可能的增大其损耗角，以增强其衰减振动的效果，如图8所示；第二级衰减交给副车架的衬套，损耗角峰值设计在62Hz 附近。
a ）主减右后衬套轴向动刚度
b ）主减右后衬套轴向损耗角
图8 主减安装衬套改进
改进前后噪声测试如图9所示，前、中、后3排均有最大将近10dB 的改善，其中后排噪声改善最明显，从原峰值70dB 降至65dB ，降幅最大处从65.2dB 降至55.6dB ，主观感觉抖动消失，从加速度振动测试的结果来看，较之原状态（图4），如图10所示，振动传递到副车架被动端时已大幅衰减，发动机2阶振动为主要贡献量，到达座椅导轨处，车身结构有一定的模态振动响应，振幅稍有回升，但已无明显的能量集中振动。
4 结论
本文为了解决某前置后驱车型在全油门加速工况的后排抖动轰鸣问题，对问题车型进行实车测试，判断该问题由动力传动系统的一阶噪声引发，并根据该车型的振动传递特性建立该车型的传动及悬架系统的有限元模型，出一阶模态振型，识别关键因素进行改进。提出了通过改进主减和后副车架的安装衬套的动刚度和阻尼特性，实现对抖动轰鸣噪声的抑制， （下转第119页）
邓超：某重型卡车转向盘模态优化响应分析
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确定选用方案六作为优化改进方案。
通过试验测得的 VTF 曲线如图5所示，根据传函曲线试验确定优化方案实车转向系统第一阶垂向弯曲模态为31.2Hz ，仿真与试验误差仅为6%，满足仿真精度要求。
工业反哺农业
图5 试验测试一阶模态VTF
6 结论
结合CAE 仿真优化分析软件有效提升了转向盘的NVH 性能，节约了大量的试验资源，缩短了开发周期，同时能够
有效保证实车性能精度，为满足客户舒适性需求及转向系统可靠性开发需求提供有力的理论数据保障，能够有效地提出改进方案并获得试验验证，模态性能提升17.8%，有效降低了设计开发成本，提升了企业经济效益。
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（上接第102页）
为前置后驱车型汽车NVH 性能优化提供了可靠的参考方法。
图9 传动系统一阶噪声改进测试结果
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