成传胜 王昱昕 徐作文 陈馨蕊

摘 要：某型车在研发阶段，后排乘客在50Hz左右出现轰鸣。本文针对此问题，首先对原因进行分析，然后再利用Hyperworks分别计算实车声腔及后背门模态。结合分析结果，发现声腔模态与后背门局部模态共振，然后对后背门进行优化设计，避开声腔模态。经过实车路试验证，优化方案降低2dB（A），满足性能要求，解决了实际工程问题，缩短了开发周期，降低了成本。此分析方法对同类零部件的分析具有重要的技术指导意义和参考价值。

关键词：轰鸣；声腔；后背门；共振；优化设计；实车验证

中图分类号：U462 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）13-0077-02

1 前言

随着汽车市场竞争的日益激烈，消费者对汽车的乘坐舒适性和驾乘环境的要求越来越高，NVH性能作为重要的法规和竞争指标在产品竞争中体现的越来越举足轻重。振动噪声控制和研究更加受到重视，作为整车性能开发，对于车内振动噪声最为关心的主要是低频振动和噪声[1]。本文结合某型车在研发阶段时出现轰鸣现象，首先与实验一起分析引起轰鸣原因，同时利用NVHD软件进行建模及模态分析[2]。根据分析结果，对其结构关键位置进行优化设计，通过实车验证解决了某频率段的实车轰鸣问题，缩短了整车的开发周期，降低了开发成本。本文所采用的分析技术对同类问题的分析具有一定的指导意义和借鉴作用[3]。

2 原因分析

某型车在研发阶段，后排乘客在50Hz左右出现轰鸣，主观评价难以接受，同时试验验证后背门对后排50Hz噪声有2-3dB贡献。为此利用专业CAE分析工具，分别对后背门及声腔进行模态分析，分析发现声腔模态与结构模态耦合。实车噪声解决问题CAE分析思路见图1所示。

3 有限元模型的建立

考虑到要模拟实车整车状态，建立带内饰的后背门模型，并考虑密封条，模拟实车状态。根据网格质量要求，采用壳单元和实体单元进行网格划分；模型中所使用的材料参数见表1所示。

为模拟后背门的实车安装状态，约束车身侧铰链及密封条dof1-6，门锁建立局部坐标系，见图2所示。

4 仿真分析及优化

4.1 仿真分析

建立声腔和后背门有限元模型后，分别进行模态分析，模态结果云图如图3所示，分析结果见表2所示。

分析结果显示，后背门两侧局部模态频率53.3Hz与一阶纵向声腔模态频率52.5Hz接近，易耦合共振。

4.2 优化分析

根据分析结果，对后背门结构进行优化，避开声腔一阶模态。首先找到该频率所对应的振型，根据应变能分布找到相应薄弱位置，并利用进行结构优化，相关的优化方案见表3所示。

5 整车TPA分析

5.1 整车NVHD模型建立

采用NVHD搭建整车模型，整车模型共分为Trimmed body、Cavity、Steering System、Powertrain、Suspension等五部分。

5.2 整车路噪分析

轮心载荷是通过采集实车转向节上的加速度信号，结合仿真分析得到的轮心传递函数，利用逆矩阵法反求得到[4]。将计算得到的每个轮心载荷施加在整车模型上，计算出粗糙路面下的整车路噪结果，后排乘客在55Hz左右峰值超过55dB（A），见图4所示[5]。与实际路试后排乘客在50-60Hz出现轰鸣，且峰值超过55dB（A）吻合。

5.3 TPA分析

借助TPA后处理工具进行Spindle load路噪工況贡献量分析：Subcase1和Subcase12为主要贡献工况。TPA分析结果见图5所示。

5.4 节点贡献量分析

借助NVHD后处理工具进行Grid Participation分析，由于Subcase1和Subcase12为主要贡献工况[6]。分别查看两个工况下的节点贡献量结果，从结果中可以看出后背门与声腔耦合区域为主要贡献区域，如图6所示。

6 实车样件验证

6.1 优化方案样件制作

根据优化方案通过制作手工样件进行实车验证，由于支架位于后背门内板与外板连接附近，需要进行切割，进而进行焊接，验证支架位置如图7及图8所示。

6.2 方案实车验证

将优化后的支架安装后，在粗糙路面40km/h行驶车内后排噪声（50Hz～60Hz） 降低2dB（A），满足性能要求。红线为基础车的噪声值，绿线为优化后的噪声小于55dB（A），见图9所示。

7 结语

根据实车出现的问题进行原因分析，并利用专业CAE工具对某型车的后背门及声腔进行模态分析，找到模态贡献位置，通过优化两侧加强支架，后背门局部模态避开声腔模态；利用NVHD建立某型车整车模型，对问题频率进行NVH分析及诊断，通过优化两侧加强支架模态。经实车路试验证，优化方案降低2dB（A）左右，满足性能要求，解决了实车轰鸣问题。该分析方法及思路为同类问题的解决提供了工程经验。

参考文献

[1]张胜兰，郑冬黎，郝琪，等.基于HyperWorks的结构优化设计技术[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]李楚琳，张胜兰，冯樱，等.HyperWorks分析应用实例[M].北京：机械工业出版社，2007.

[3]陈昌明，鞠晓锋，李思远，等.燃料电池轿车副车架结构分析及优化[J].汽车科技，2007，（4）：35-38.

[4]廖君，胡望岳.电动轿车镁合金副车架的Optistruct优化设计[J].现代制造工程，2008，（9）：82-84.

[5]廖君，杜里平，王冯良等.基于Optistruct的电动轿车副车架的结构优化[J].机电工程，2008，（5）：42-44.

[6]谭继锦，张代胜.汽车结构有限元分析[M].北京：清华大学出版社，2009.