基于动刚度的车内降噪研究

常光宝，梁静强，吕俊成，李书阳

(上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州 545007)



基于动刚度的车内降噪研究

常光宝，梁静强，吕俊成，李书阳

(上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州 545007)

白车身安装点动刚度特性对整车车内振动与噪声有较大影响。采用动刚度分析方法，通过优化提升第五排气吊钩的动刚度，使得后排左乘员右耳处声压由73 dB降至64.6 dB,降噪8.4 dB，后排右乘员左耳处声压由73.1 dB降至63.2 dB,降噪9.9 dB。在项目开发前期提升白车身安装点的动刚度，可以在前期有效控制车内振动噪声。

动刚度；优化；噪声控制

0　引言

动刚度是动载荷下抵抗变形的能力，动刚度过低将严重影响车辆振动疲劳以及整车乘坐舒适性[1]。汽车在实际行驶过程中，会受到多种工况下的动态载荷作用。当动态载荷与车身系统的动力学特性很接近时，即动载荷的某个分量与车身系统的某阶模态的固有频率接近时，将可能引发结构共振产生较高的动应力，导致车身的疲劳破坏；车辆在实际运行中受到发动机激励、路面激励、进排气激励等激励影响，这些激励通过白车身硬点(悬置安装点、悬挂安装点、排气系统吊钩安装点等)将振动传递至车身上，进而引起车内振动与噪声。安装点动刚度越大，传递至车身的能量越小，所以需要提高安装点的动刚度以减少外界能量的输入，进而减小车内振动与噪声。文中针对某车型车内后排噪声大的问题，经排查发现该问题是由排气系统第五吊钩安装点的动刚度过低引起，通过提升其动刚度大大降低了车内噪声。

1　动刚度概念与基本理论

动刚度是结构产生单位振幅所需要的动态力．表征了结构在动态载荷下抵抗变形的能力[2]。对于受简谐振动的单自由度系统，有阻尼振动系统的振动微分方程[3]为

(1)

这里用一个复向量来表示激励。指数函数eiωt与三角函数cosωt和sinωt有如下关系

eiωt=cosωt+isinωt

(2)

eiωt可以看作在一个复平面内以角速度ω旋转的单位向量。因而，cosωt就是复向量在实轴上的投影，即eiωt的实部，而sinωt为eiωt的虚部。这样，稳态响应可以表示为

x=Xei(ωt-φ)

(3)

于是有

(4)

将式(3)和式(4)代入方程(1)得

(5)

(6)

由式(6)可得动刚度为：

(7)

由式(7)可得动刚度的幅值为

(8)

由式(8)可见：动刚度并不是一个常数，而是随频率的改变而变化，是频率的函数。同一系统的动刚度，对于各种不同的振动，虽然其数值各不相同，但都取决于其本身的参数(静刚度k、阻尼比ξ和质量)，而且在不同频率范围内，各参数对动刚度的影响是不同的。

2　车内噪声问题分析

某OTS样车在主观评估时发现车内后排乘员处声压级较大，经测试排查发现是车身侧第五排气吊钩安装点动刚度过低引起的。现对第五排气吊钩进行动刚度分析，并在此基础上对其进行动刚度优化分析。利用优化后的新结构，分析对车内噪声的降噪效果。

3　动刚度仿真分析

3.1建立有限元模型

(1)根据HyperMesh软件，建立某公司某一车型白车身的有限元模型，采用四边形壳单元(CQUAD4)和三角形壳单元(CTRIA3)划分网格，在划分过程中，模型三角形壳单元应控制在5%以内，模型如图1所示。

(2)利用Radioss求解器进行模态频响分析。因为模态计算阶数会显著影响其计算精度，那么依据模态截断理论，按模态最高频率至少为分析频率两倍的原则[4-5]设定分析阶次频率。

3.2动刚度结果分析

对上述有限元模型进行动刚度分析，其车身侧第五排气吊钩的动刚度分析结果如图2所示。

图2中的曲线是迁移率曲线(a/F)，即加速度与力的比值[单位:mm/(s2·N)]曲线，为了便于分析，将动刚度曲线转化为迁移率曲线。由图2可知：其X、Y、Z3个方向的动刚度值均不满足目标曲线要求，下一步将对它进行优化。

3.3动刚度优化分析

经分析发现吊钩自身刚度较弱，导致它在整个频率段内动刚度较弱，现对其结构进行更改，增加一吊钩加强支撑作用，提高其刚度，并将吊钩沿纵梁纵面垂直方向缩短10 mm，减小吊钩的悬臂长度，如图3所示。

优化后，动刚度结果曲线如图4所示。分析优化后的结果可以发现：吊钩X、Y、Z3个方向的动刚度均达到目前要求。

4　车内噪声改善情况

通过噪声传函分析，发现第五排气吊钩为激励点时，后排乘员耳朵处声压级较大，吊钩结构优化后，后排乘客耳朵处声压级前后对比如图5所示。

由图5可知：更改吊钩后，后排左乘员右耳处声压由73 dB降至64.6 dB,降噪8.4 dB。后排右乘员左耳处声压由73.1 dB降至63.2 dB,降噪9.9 dB。由此可见，通过改善车身侧第五排气吊钩的动刚度对车内噪声声压级改善明显，为车内降噪提供了技术方向。

5　结论

以白车身车身侧第五排气吊钩为研究对象，分析了其安装点动刚度并对其进行了优化分析。通过提升车身侧第五排气吊钩的动刚度，使得车内噪声显著得到改善，后排左乘员右耳朵处声压由73 dB将至64.6 dB,降噪8.4 dB；后排右乘员左耳处声压由73.1 dB降至63.2 dB,降噪9.9 dB。

【1】王学军，张觉慧，陈晓宇.轿车车身动刚度优化[J].上海汽车，2003(1)：20-22.

WANG Xuejun,ZHANG Juehui,CHEN Xiaoyu.Optimization of The Car Body Dynamic Stiffness[J].Shanghai Auto,2003(1)：20-22.

【2】靳晓雄，张立军，江浩.汽车振动分析[M].上海：同济大学出版社，2006.

【3】周安勇，侯蕾，刘旌扬.白车身接附点动刚度优化设计[J].汽车技术，2013(6):16-19.

ZHOU Anyong,HOU Lei,LIU Jingyang.Optimization of Dynamic Stiffness for BIW Attaching Points[J].Automobile Technology,2013(6):16-19.

【4】Altair公司.Altair/Hypermesh user’s guide[M].

【5】Basic Dynamic Analysis,MSC/Nastran user’s guide[M].

Noise Decrease Research Based on Dynamic Stiffness

CHANG Guangbao, LIANG Jingqiang, LV Juncheng, LI Shuyang

(SAIC GM Wuling Automobile Co.,Ltd.,Liuzhou Guangxi 545007,China)

In order to reduce the noise in vehicle, the dynamic stiffness analysis method was utilized. The dynamic stiffness of the fifth exhaust hook was optimized,so the sound pressure of left rear passenger’s right ear was changed from 73 dB to 64.6 dB, and that of the right rear passenger’s left ear was changed from 73.1 dB to 63.2 dB. In early stage of project development, improving the dynamic stiffness of white body mounting point can effectively control vehicle vibration noise in early stage.

Dynamic stiffness; Optimization; Noise control

2016-04-20

常光宝,男，硕士，目前从事整车NVH仿真分析工作。E-mail：cgb19840815@163.com。

U461.4

A

1674-1986(2016)07-022-03