某车型排气吊钩对车内轰鸣影响的研究

缪宣和，莫伟树，许忠杰，曾宪民

（东风柳州汽车有限公司，广西 柳州 545005）

随着经济的不断发展，汽车已深入各家各户，国民对汽车的要求也不仅限于代步，对汽车各方面的性能要求也不断增加，车内NVH 性能的好坏直接关系到人的主观感受，因此一款性能优异的汽车，在车辆行驶过程，是不应该有各种异响声，尤其是连续的轰鸣声。

1 理论依据

排气系统与车身的连接主要由排气吊钩实现，振动能量也主要由其传递。好的吊钩设计，能有效控制排气系统对整车NVH 的不良影响。在设计汽车排气系统吊钩悬挂时，吊钩的结构和位置的选择，对整车的NVH 有很大的影响。因此在设计吊钩时需要考虑吊点位置的选择，吊钩的一阶模态和动刚度以及整车的布置空间。

吊钩的位置选择利用Hypermesh 软件通过平均驱动自由度位移的方法：

模态分析基本理论：

每一模态都有对应的固有频率、阻尼和振型，这些参数可通过试验获取，但在前期分析的过程中，没有实物样件，因而通过CAE 来计算模态成为最常用的方法，也可以不断优化设计结构[1-3]。对模态分析方程来说，振动频率和模态振型是两个非常重要的几何参数，其基本方程[1]：

式中：[K]为刚度矩阵；[M]为质量矩阵；ωi为第i阶振动频率；ψi为第i阶模态振型。

车内轰鸣产生机理：

车内声压计算公式[4]：

ATFj为声腔传递函数；Areaj为声固耦合的面积；VTF为振动传递函数；F为车身接附点受到的激励力。

在密闭的空间内，车身内空气作为弹性体会产生多个空腔模态，当车身受到外界激励的情况下，车身上的某些钣金件的振动模态和声腔内的部分模态产生耦合，空腔会在车内产生很高的压力脉动，引起人耳不适或产生恶心等现象[4-5]。

2 问题来源

某1.8T MPV 车型反馈加速工况在2 700 r/min以上车内存在连续轰鸣，客户车辆使用体验差，经实车排查：车身端5 号吊钩（图1）影响较大。如图2～图4 为5 号吊钩装上与断开状态车内噪声图，由图可知，在3 500～4 000 r/min 附近，吊钩支架断开状态比未断开车内前排总阶噪声降低约6 db，2 阶噪声降低约7 db；中排总阶噪声降低约9 db，2 阶噪声降低约13 db；后排总阶噪声降低不明显，约为3 db，2 阶噪声降低约5 db。由图5 可知，5 号吊钩，安装点动刚度偏低，受排气系统激励，引发轰鸣。5 号吊钩被动支架通过螺栓固定至车身，本体一阶模态为120 Hz（对应3 500 r/min@2 阶），建议后续的优化方案将该吊钩的模态提升，且同时提高安装点的动刚度。

图1 5 号排气吊钩

图2 车前排噪声图（粗实线：5 号吊钩支架未断开，粗虚线：5 号吊钩支架断开）

图3 车中排噪声图（粗实线：5 号吊钩支架未断开，粗虚线：5 号吊钩支架断开）

图4 车后排噪声图（粗实线：5 号吊钩支架未断开，粗虚线：5 号吊钩支架断开）

图5 吊钩动刚度曲线

3 优化改进方案

3.1 方案设计

基于上述分析，可知，车内在2 700 r/min以上连续轰鸣主要贡献为车身5 号吊钩，针对该吊钩，提出5 条优化方案：

针对上述5 个方案，分别分析，如下表1 所示，排气吊钩动刚度和模态只有方案1 和方案5 满足优化要求，其余方案皆不通过。数模DMU 分析可知，方案1 新增的安装点无法使用工具拧紧，操作空间不足，故该方案也不可行。

表1 吊钩优化方案分析

图6 吊钩优化方案

方案5 优化后吊钩一阶模态为418 Hz，较原状态139 Hz 提升279 Hz，满足大于350 Hz 目标要求。优化后吊钩安装点X、Z 向动刚度有明显提升，基本满足500 N/mm 目标的要求，如图7 虚线优化吊钩刚度曲线所示。

图7 方案5 的动刚度曲线（实线：原状态，虚线：优化状态）

基于以上分析，我们结合CAE 分析和数模DMU校核可知，实物样件需要按方案5 来加工制作。

3.2 实车验证

制作方案5 样件，将其装至NVH 测试车实测验证：车内前排在3 500～4 100 r/min 时，2 阶和总阶车内噪声有3dB（A）改善，中排3 500 r/min 时，2 阶7 dB（A）左右改善，总阶噪声降低3 dB（A），后排3 500 r/min 时，2 阶和总阶约有2 dB（A）左右改善，如图8～10 所示。

图8 车内前排吊钩改进前后噪声对比（粗实线：5 号吊钩支架改进前，粗虚线：5 号吊钩支架改进后）

图9 车内中排吊钩改进前后噪声对比（粗实线：5 号吊钩支架改进前，粗虚线：5 号吊钩支架改进后）

图10 车内后排吊钩改进前后噪声对比（粗实线：5 号吊钩支架改进前，粗虚线：5 号吊钩支架改进后）

由图11～12 可知，优化后的5 号吊钩2 阶X向和Z向振动加速度在3 500～4 100 r/min 有明显下降。

图11 振动加速度对比（X 向2 阶）（粗实线：5 号吊钩支架改进前，粗虚线：5 号吊钩支架改进后）

图12 振动加速度对比（Z 向2 阶）（粗实线：5 号吊钩支架改进前，粗虚线：5 号吊钩支架改进后）

基于上述实车测试验证，方案5 优化的排气吊钩支架结构CAE 结果和实车测试结果相符，车内前中后排总阶和二阶噪音都有一定程度降低，对2 700 r/min 加速工况车内轰鸣声有改善，主观评价人员在车内不会引起人耳不适或产生恶心等现象，主观评价分值升高达到评价要求。

4 结束语

本文通过CAE 仿真分析和实车测试验证，说明了车子在2 700 r/min 以上加速工况产生连续轰鸣声的主要是因为排气吊钩的模态和动刚度偏低，和车身发生耦合引起共振所致。通过优化吊钩支架的结构，提高吊钩的本体一阶模态和动刚度，能有效地解决车内轰鸣引起的人耳不适和恶心等症状。