汽车常见NVH问题与解决方案
黄冬明;上官文斌
【摘 要】汽车的NVH性能是汽车的重要性能之一,影响汽车NVH性能的因素很多.本文通过对汽车的NVH试验,发现一些常见的由动力总成系统、传动系统及进排气系统等引起的车内振动噪声问题,在理论上分析了产生这些问题的主要原因并对问题车辆以尽可能短的时间,小改动、低费用地改进,以达到车辆设计的NVH性能要求.解决问题的方法和思路对从事汽车NVH工作的人员有一定的指导意义.%The performance of powertrain mounting system,  transmission system and exhausting system can have impact on vehicle NVH characteristics significantly. Based on experimental data, this paper analyzed some vehicle NVH problems caused by aforementioned subsystems analytically. In order to meet requirement of vehicle NVH performance efficiently, we also illustrated some basic solution method for these problems. The test results and solution method of presented vehicle NVH problems in this paper are applicable for measurement and design of vehicle NVH characteristics.
汽车问题
【期刊名称】《新技术新工艺》
【年(卷),期】2011(000)003
【总页数】4页(P19-22)
【关键词】车辆;振动;噪声
【作 者】黄冬明;上官文斌
【作者单位】华南理工大学,机械与汽车工程学院,广东,广州,510641;华南理工大学,机械与汽车工程学院,广东,广州,510641
【正文语种】中 文
【中图分类】U467.493
汽车NVH性能(NVH即是噪声Noise、振动Vibration和声振粗糙度Harshness 3个英文单词首字母的简写)是评价车辆乘坐舒适性的重要指标。虽然近年来国内汽车厂商逐渐认识到NVH
的重要性,也在NVH上投入了大量资金,但是由于起步晚、零配件供应商同步开发能力较弱等因素造成国产汽车在后期还存在很多NVH问题。其中动力总成系统、传动系统及进排气系统是对汽车NVH性能影响最大的,因此本文阐述了汽车中涉及这几个子系统的NVH问题的产生原因及解决方法。
1 汽车振动噪声测试工况及评价
本文以动力总成前置前驱乘用车为试验对象,主要考虑动力总成系统、传动系统及进排气系统对汽车NVH的影响。
测试工况为较常见的汽车怠速、升速及匀速巡航工况;噪声评价指标为车内噪声;振动评价点为方向盘基驾驶员座椅。传声器位于驾驶员右耳与后排座中央位置。三向加速度传感器布置于方向盘12点位置及驾驶员座椅滑槽。通过采集方向盘和驾驶员座椅的振动加速度及车内噪声来衡量车辆的NVH性能[1-2]。
2 车内NVH问题原因及解决方法
2.1 方向盘振动原因及解决方法
某国产乘用车采用三点式悬置的直列四缸发动机,车怠速时方向盘振动振幅较大,空档怠速(空调制冷、大灯打开)工况下方向盘振动加速度值见表1。
表1 方向盘三向振动加速度值(空挡怠速)?
根据试验数据和经验初步判断,振动峰值在28 Hz刚好与发动机怠速时的2阶激励频率吻合。因为动力总成是汽车怠速时的主激励源,其振动可通过车身传递到各个子系统,所以判断怠速时方向盘振动大主要是由动力总成引起的。随后进行动力总成悬置系统隔振测试,结果显示,发动机左右悬置隔振量均在15 dB左右,不能满足隔振要求。隔振量与加速度的关系为:
式中,TdB为隔振量;aa为悬置发动机侧振动加速度;ap为悬置车身侧振动加速度。一般认为振动的衰减率应该在20 dB以上,即 TdB＞20 dB,隔振器具有良好的隔振效果,也就是说传递到被动边的振动不能大于振动边的1/10。因此对这组悬置进行刚度和结构优化并试制若干组进行装车试验,选出隔振量均在20 dB以上的最优组为最终状态,测得方向盘三向振动加速度值降到1 m/s2左右,但还是不能满足这个级别车型0.5 m/s2的要求。随后分析是否方向盘模态频率和动力总成二阶激励频率有耦合现象而产生共振。对方向盘做模态试验,测得数据如图1所示。
图1 方向盘模态频率
图1显示方向盘Y向与Z向的模态在30 Hz附近,与发动机主激励频率非常接近,造成方向盘产生共振。为了进一步证实判断,采用增加方向盘质量的方法改变方向盘的模态,再次测量方向盘振动加速度,结果符合设计要求[3]。
2.2 驾驶员座椅振动原因及解决方法
2.2.1 排气系统引起的座椅振动
某国产乘用车采用三点式悬置的直列三缸发动机,怠速时驾驶员座椅振动较大,所测Z向加速度值如图2所示。
图2 座椅Z向振动加速度
由图2可以发现,驾驶员座椅Z向在15.5 Hz和23.5 Hz有明显振动峰值,三缸机主激振频率为1.5阶(23.5 Hz),15.5 Hz为发动机一阶激励。可知座椅振动大也可能是由动力总成引起的,首先对动力总成悬置系统进行隔振量测试,在其隔振量不满足要求的情况下进行悬置刚度优化
并对试制样品进行装车试验,结果显示,在23.5 Hz时座椅的峰值下降且符合设计要求。但是Z向15 Hz的低频振动峰值只有小幅下降,乘坐人员还有明显的振感。由于通过悬置系统无法解决座椅15 Hz的振动问题,考虑另一个可能的主要因素为排气系统,经检查发现此车因为面向国内低端市场,为节约成本,排气系统热端并没有采用波纹管,而是以弹簧固定球面连接头代替,因此可以初步确定为排气系统造成低频振动。
为验证上述判断,首先测量排气系统车身侧吊耳支架加速度值,发现中部吊耳支架振动较大。而后去掉所有排气系统吊耳,用一柔性绳悬吊排气系统(柔性绳不与车身相连),再次测试驾驶员座椅,Z向15 Hz的低频振动峰值达到要求。最后对排气管做模态试验,前三阶频率见表2,二阶振型如图3所示。
图3 排气系统模态二阶振型(15.4 Hz)
分析得知是由于发动机的一阶激振引起排气系统整体弯曲模态产生共振,导致振动能量从排气系统中部吊耳传至车身引起Z向15.5 Hz的低频振动。为解决此问题,一可以考虑使用波纹管(主机厂因成本问题基本不会更换波纹管),二对排气系统吊点位置和吊耳刚度进行优化,使其振动值达到要求。
表2 排气管前三阶模态频率?
2.2.2 悬置支架引起的座椅振动
某国产乘用车采用四缸发动机,隔振系统由三点悬置及上拉杆组成。在进行3档WOT(3档节气门全开)的升速工况测试后,发现座椅Z向在发动机4 200 r/min时有较大的峰值,如图4所示,人体主观感觉振动很大。同时调看座椅在3档WOT工况的瀑布图也发现座椅在423 Hz附近有共振,且在发动机六阶时出现较大的能量带。
图4 3档WOT工况驾驶员座椅Z向振动曲线
以上分析初步判断此现象是由发动机六阶激励产生的。进而对发动机悬置做隔振量分析,发现发动机后悬置隔振量并不能满足要求,图5为发动机后悬置Z向隔振量曲线,整体隔振量都不能达到20 dB,且在发动机4 200 r/min时,隔振量曲线接近0 dB,这个现象刚好与座椅在4 200 r/min Z向产生的峰值吻合。图6为后悬置Z向车身侧瀑布图,从图6中可以明显发现,后悬置在420 Hz左右也有垂直共振带,与座椅在423 Hz附近有共振带是吻合的。由此断定,悬置在420 Hz时产生了共振,导致后悬置隔振量变差,使发动机的激励传到车身底板,驾驶员座椅产生振动。
图5 3档WOT后悬置 Z向隔振量
图6 3档WOT后悬置车身支架瀑布图