淺談底盤系統(tǒng)NVH措施

本文格式為Word版，下載可任意編輯——淺談底盤系統(tǒng)NVH措施底盤作用是支承、安裝汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及其各部件、總成,形成汽車的整體造型,并采納發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力,使汽車產(chǎn)生運(yùn)動(dòng),保證正常行駛。底盤由傳動(dòng)系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動(dòng)系組成。底盤系統(tǒng)關(guān)系到車輛的操控和安好,與乘客的乘坐舒適性關(guān)系緊密。懸掛系統(tǒng)的軟硬對(duì)于乘坐舒適性的影響很大;輪胎/路面噪音那么在轎車速度超過(guò)70Km/h時(shí)成為車輛最大的噪聲源;傳動(dòng)軸噪聲和剎車噪聲也是顧客經(jīng)常怨恨的問(wèn)題。

懸掛系統(tǒng)是汽車上的一個(gè)分外重要的系統(tǒng)。它不但影響汽車的乘坐舒適性(平順性)、還對(duì)其他性能諸如通過(guò)性、穩(wěn)定性以及附著性能都有重大影響,每一個(gè)懸架都由彈性元件(起緩沖作用)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(起傳力和穩(wěn)定作用)以及減震器(起減震作用)組成。非獨(dú)立式懸掛:兩側(cè)車輪安裝于一根整體式車橋上,車橋通過(guò)懸掛與車架相連。這種懸掛布局簡(jiǎn)樸,傳力穩(wěn)當(dāng),但兩輪受沖擊震撼時(shí)彼此影響。而且由于非懸掛質(zhì)量較重,懸掛的緩沖性能較差,行駛時(shí)汽車振動(dòng),沖擊較大。該懸掛一般多用于載重汽車、普遍客車和一些其他車輛上。獨(dú)立式懸掛:每個(gè)車輪單獨(dú)通過(guò)一套懸掛安裝于車身或者車橋上,車橋采用斷開(kāi)式,中間一段固定于車架或者車身上;此種懸掛兩邊車輪受沖擊時(shí)互不影響,而且由于非懸掛質(zhì)量較輕,緩沖與減震才能很強(qiáng),乘坐舒適。各項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)于非獨(dú)立式懸掛,但該懸掛布局繁雜,而且還會(huì)使驅(qū)動(dòng)橋、轉(zhuǎn)向系變得繁雜起來(lái)。

輪胎噪聲

輪胎產(chǎn)生的噪聲有兩種:

(1)泵吸效應(yīng)由于輪胎胎外觀有各種花紋,當(dāng)輪胎胎面與地面接觸時(shí),胎面受壓縮、拉伸,形成泵氣、吸氣效應(yīng)。這種“泵吸效應(yīng)”在輪胎滾動(dòng)過(guò)程中周期性地發(fā)生,在空氣中形成輻射噪聲。

(2)輪胎振動(dòng)輪胎布局振動(dòng)噪聲是由于輪胎不平衡、胎面花紋剛度變化或路面凹凸不對(duì)等理由激發(fā)輪胎振動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲,其中輪胎的徑向振動(dòng)為主,其振動(dòng)頻率一般在200Hz以下;周向振動(dòng)主要影響高頻噪聲。解決輪胎噪聲的常用手段有:選用低噪聲的輪眙、對(duì)輪罩處舉行吸隔聲處理,如圖1。

傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲

傳動(dòng)軸噪聲發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和振動(dòng),變速器及驅(qū)動(dòng)橋等振動(dòng)的輸入,萬(wàn)向節(jié)輸入和輸出轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的不均衡性,傳動(dòng)軸本身的不平衡等,都是引起傳動(dòng)軸振動(dòng)噪聲的重要理由。傳動(dòng)軸振動(dòng)噪聲的分散傳播主要有兩個(gè)途徑:一是經(jīng)傳動(dòng)軸的中間支承、變速器和后橋傳給車身及其他部件,引起更廣泛的振動(dòng)和噪聲;二是經(jīng)周邊空氣直接向外輻射噪聲。一般傳動(dòng)軸的噪聲能量是很小的,在傳動(dòng)系噪聲中不占主導(dǎo)地位。傳動(dòng)軸振動(dòng)主要是由于其質(zhì)量不平衡和彈性彎曲所致,因此研究傳動(dòng)軸噪聲時(shí)首先應(yīng)考慮傳動(dòng)軸剛度和動(dòng)平衡度。為保證傳動(dòng)軸的平衡度,有如表2的要求:

表2傳動(dòng)軸平衡精度要求

汽車傳動(dòng)系產(chǎn)生彎曲共振和扭轉(zhuǎn)共振,從而使傳動(dòng)系振動(dòng)加劇,噪聲輻射大量增加。一般說(shuō)來(lái),彎曲共振比扭轉(zhuǎn)共振的頻率要高一些,頻域要寬得多。在多數(shù)處境下,這兩種共振是同時(shí)發(fā)生的。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩主諧量的頻率與傳動(dòng)系固有頻率一致時(shí),傳動(dòng)系便發(fā)生扭轉(zhuǎn)共振,造成傳動(dòng)系零件振幅和所受載荷顯著加大,從而加重齒輪嚙合沖擊,產(chǎn)生猛烈的噪聲。理論分析和試驗(yàn)研究說(shuō)明,傳入車內(nèi)的最大噪聲是由傳動(dòng)系在垂直平面作彎曲振動(dòng)引起的。

裁減傳動(dòng)軸噪聲措施:可以在傳動(dòng)軸上做如下提升:提高傳動(dòng)軸的固有頻率;提升轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)平衡;在傳動(dòng)軸內(nèi)安置動(dòng)力吸振器等。

某車型的傳動(dòng)軸由于在4500轉(zhuǎn)松油門時(shí)有“嘎啦嘎啦”聲,通過(guò)在傳動(dòng)軸內(nèi)附加動(dòng)力吸振器,解決了問(wèn)題。圖3為傳動(dòng)軸的一階彎曲模態(tài),假設(shè)傳動(dòng)軸帶有動(dòng)態(tài)吸振器那么固有頻率函數(shù)曲線會(huì)展現(xiàn)明顯的峰值分裂(將一階彎曲模態(tài)變?yōu)閮上噜彽膹澢B(tài))。

剎車噪聲

制動(dòng)噪聲主要是由于摩擦蹄片和制動(dòng)鼓接觸惡化、摩擦蹄片和制動(dòng)鼓間的摩擦系數(shù)隨滑動(dòng)速度而變化等引發(fā)的。由于制動(dòng)蹄片與制動(dòng)鼓間摩擦力的變化,制動(dòng)構(gòu)件受到該持續(xù)交變力作用而產(chǎn)生振動(dòng)。一般制動(dòng)蹄片首先振動(dòng),繼而制動(dòng)鼓和底板振動(dòng),發(fā)出連續(xù)噪聲。對(duì)于盤式制動(dòng)器來(lái)說(shuō),制動(dòng)噪聲主要是由于摩擦襯塊與制動(dòng)盤間摩擦力的變化,從而引起制動(dòng)盤和制動(dòng)鉗振動(dòng)并輻射噪聲。制動(dòng)噪聲具有較大的高頻分量,其頻率范圍在1k～8kHz之內(nèi),所以人耳感覺(jué)到的是一種難以忍受的“尖叫”聲。

高頻“尖叫”聲往往與盤體的周向模態(tài)有關(guān),也與襯塊與盤體的剛度比有關(guān)。增加盤體的動(dòng)剛度可以裁減高頻“尖叫”聲的發(fā)生。變更襯塊的幾何外形和壓力分布可調(diào)整高頻聲的發(fā)生。在應(yīng)用中,往往采用有限元建模與測(cè)驗(yàn)結(jié)合的方法修改布局設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)降噪。一些影響剎車噪聲的因素包括:布局特性,如襯塊、盤體與制動(dòng)鉗的質(zhì)量、剛度、阻尼和幾何尺寸;材料的性能參數(shù),如摩擦系數(shù)、彈性模量和硬度;制動(dòng)條件,如制動(dòng)壓力和制動(dòng)速度;制動(dòng)環(huán)境,如溫度和濕度,它們通過(guò)摩擦系數(shù)來(lái)影響噪聲。

圖4剎車盤布局

進(jìn)/排氣系統(tǒng)噪聲

進(jìn)/排氣噪聲在整車NVH中也占有很重要的地位,是影響加速行駛車外噪聲達(dá)標(biāo)和內(nèi)部噪聲品質(zhì)的重要噪聲部件,進(jìn)氣系統(tǒng)對(duì)急加速車內(nèi)噪聲在中高頻影響較大,而排氣噪聲對(duì)車內(nèi)噪聲的影響往往是低頻“Booming”聲。

進(jìn)氣噪聲及其操縱進(jìn)氣門周期性開(kāi)閉引起進(jìn)氣管道內(nèi)壓力起伏變化而形成的空氣動(dòng)力性噪聲。對(duì)某些發(fā)動(dòng)機(jī)而言,進(jìn)氣噪聲有時(shí)比發(fā)動(dòng)機(jī)本體噪聲還要高出5dB左右,成為僅次于排氣噪聲的主要聲源。產(chǎn)生理由:當(dāng)進(jìn)氣閥突然關(guān)閉時(shí),必將引起進(jìn)氣管道中空氣壓力和速度的波動(dòng),這種波動(dòng)由氣門處以壓縮波和稀疏波的形式沿著管道向遠(yuǎn)方傳播,并在管道開(kāi)口端和固定壁面端(關(guān)閉的氣門)之間產(chǎn)生屢屢反射,在此期間進(jìn)氣管道中的氣流柱由于振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生確定的波動(dòng)噪聲。當(dāng)進(jìn)氣閥開(kāi)啟時(shí),活塞由上止點(diǎn)下行吸氣,其速度由零變到最大值25m/s左右,鄰近活塞的氣體分子必然以同樣的速度運(yùn)動(dòng),在進(jìn)氣管內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓力脈沖,從而形成猛烈的脈沖噪聲。另一方面,在進(jìn)氣進(jìn)程中氣流高速流過(guò)進(jìn)氣門流通截面,會(huì)形成猛烈的渦流噪聲,其主要頻率成分在1000～2000Hz范圍內(nèi)。

對(duì)進(jìn)氣噪聲可采取的措施有:安裝空氣濾清器、設(shè)置進(jìn)氣消聲器等?？諝鉃V清器屬于擴(kuò)張消聲器,赫姆霍茲共振腔和四分之一波長(zhǎng)管也經(jīng)常用于進(jìn)氣系統(tǒng)中。在某車型在開(kāi)發(fā)過(guò)程中,察覺(jué)進(jìn)氣在238Hz有一個(gè)峰值,于是針對(duì)該噪聲的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了四分之一波長(zhǎng)管來(lái)消釋該怨恨噪聲,如圖5所示。

排氣噪聲及其操縱:發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),可燃混和氣在極短時(shí)間內(nèi)發(fā)生高溫高壓燃燒,排氣門開(kāi)啟后,燃燒所產(chǎn)生的廢氣在排氣管中急劇滾動(dòng),受活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)和排氣門開(kāi)閉的影響,排氣氣流呈脈動(dòng)形式在排氣管中滾動(dòng)。排氣系統(tǒng)對(duì)車內(nèi)噪聲的影響主要有:排氣管口噪聲、排氣次級(jí)聲和掛鉤傳遞的布局聲。

由于排氣管從底部貫穿整個(gè)底板,所以對(duì)排氣系統(tǒng)噪聲的操縱除了采用阻抗復(fù)合消聲器外,還應(yīng)當(dāng)舉行消聲器殼體和隔熱罩隔聲處理,排氣管的密封也需要重視。目前,對(duì)于消聲要求較高的消聲器通常采用雙層壁外殼來(lái)操縱殼體輻射,即消聲器外殼用雙層薄金屬板卷制而成,中間還可以?shī)A一層石棉層等作為阻尼襯墊。這種雙層布局不但能顯著提高消聲器外殼的隔聲效果,而且可以有效地抑制外殼的振動(dòng)。所以對(duì)于雙層外殼改為單層外殼的PKO工程確定要舉行排氣次級(jí)聲的測(cè)量,確保殼體輻射達(dá)標(biāo);聲學(xué)隔熱罩的應(yīng)用也很普遍,通常由多層鋁板組成,中間參與隔熱吸聲材料,能夠使車輛的內(nèi)部噪聲得到改善;還有排氣管的密

封墊圈、焊接工藝也要更加留神,假設(shè)漏氣和脫焊嚴(yán)重,不但影響消聲器使用壽命,而且通過(guò)縫隙也會(huì)產(chǎn)生漏聲和再生噪聲。

整車模態(tài)匹配

為了在開(kāi)發(fā)的早期能夠從整體上保證不展現(xiàn)變更原設(shè)計(jì)方案的顛覆性振動(dòng)噪聲問(wèn)題,設(shè)計(jì)上的一個(gè)重點(diǎn)是車身模態(tài)匹配、傳遞途徑操縱。

模態(tài)匹配:模態(tài)(布局動(dòng)力特性)匹配對(duì)于整車開(kāi)發(fā)模態(tài)匹配的目的是為了制止耦合系統(tǒng)、子系統(tǒng)和部件之間以及與主要鼓舞源發(fā)生共振。根據(jù)對(duì)大量車輛的試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明:整車模態(tài)匹配的重點(diǎn)在10~80Hz的頻率范圍內(nèi)(此頻帶根本包括了路面鼓舞和發(fā)動(dòng)機(jī)怠速范圍),由于在此頻帶內(nèi)集中存在了發(fā)動(dòng)機(jī)剛體模態(tài)、懸架模態(tài)、車身總體模態(tài)、主要操縱布局的共振和一些平面的局部共振。匹配原那么是:從設(shè)計(jì)上保證上述模態(tài)不與發(fā)動(dòng)機(jī)怠速(包括冷態(tài)怠速和熱怠速以及可能的怠速提升)鼓舞主階次和車輪一階不平衡鼓舞頻率重疊。目前不同級(jí)別的平臺(tái)與發(fā)動(dòng)機(jī)的配置已具有相對(duì)固定的規(guī)律,針對(duì)可能的發(fā)動(dòng)機(jī)配置,可以切實(shí)地取得相應(yīng)

平臺(tái)鼓舞頻率可能的頻帶,兼顧布局設(shè)計(jì)上的可行性和本金以及各部件的不同性能要求,從而在開(kāi)發(fā)的早期就可以對(duì)各大總成(譬如:車身總體模態(tài)、懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向軸系等)的固有頻率取值范圍舉行匹配規(guī)劃。圖8為某車型的模態(tài)和頻率規(guī)劃。

圖8某車型的模態(tài)及頻率規(guī)劃

傳遞途徑操縱除了對(duì)車身各總成部件之間舉行模態(tài)匹配操縱外,對(duì)傳遞通道舉行操縱也是整車NVH的關(guān)鍵技術(shù)。這些傳遞途徑主要是:動(dòng)力總成支承固定點(diǎn)、副車架固定點(diǎn)、懸掛系統(tǒng)固定點(diǎn)、排氣吊鉤固定點(diǎn)等。這些固