微车扭振引致车内轰鸣声的多平台联合仿真

2019-10-22田涌君胡济民李洪亮石月奎丁渭平

噪声与振动控制 2019年5期

田涌君，向伟，胡济民，李洪亮，石月奎，丁渭平

（1.中国汽车技术研究中心汽车工程研究院，天津300162；2.西南交通大学汽车工程研究所，成都610031）

传动系扭振引起的车内轰鸣声已成为FR 型多功能车（MPV）的共性问题。由于FR型MPV普遍搭载4缸汽油发动机，受4缸机发火特性的影响，2阶扭矩波动往往较为明显[1]。加之FR车型的传动系空间布置较长，致使传动系本体存在的敏感频率范围（＜200 Hz）内的扭振模态。主要由2 阶转矩波动激起的较大传动系扭振响应幅值通过后悬架直接作用于车身，引起车身薄壁板件的振动进而辐射出较大的声能[2]，极大影响车内驾乘人员的舒适感。

针对扭振引起的车内轰鸣声仿真研究，当前主要聚焦于传动系本体。应用当量或连续体计算方法，通过选择合理的传动系零部件刚度、惯量匹配方案或增加双质量飞轮、扭转减振器等措施进而达到减小后悬架因扭振引起的振动响应幅值的目的[3]。该方法的合理、正确应用虽能在概念设计阶段获悉传动系的扭振水平，但由于并未完整考虑扭矩波动的传递路线，无法为样车调教、整改阶段提供整改思路与方向。

以国内某自主车企中一款畅销MPV 车型为研究、工作对象，为很好地呈现在发动机特定转速下车内第三排乘客的强烈轰鸣感受，通过传动系一维仿真模型、悬架多体动力学模型以及车身声振响应模型，搭建一套扭矩波动传递全过程的仿真分析模型，为MPV车型正向研发中的扭振NVH问题提供一条完整的仿真技术路线[4]。

1 扭振引致车内轰鸣声仿真技术路线探究

通过CAE手段完整地反映扭振传递路径特点，通过试验与仿真相结合的方式，配合以当量分析方法、多体动力学分析方法、有限元分析方法，搭建一套多平台联合仿真模型。具体思路如图1所示。

图1 扭振引致车内轰鸣声仿真技术路线

为完整地反映扭振引致车内轰鸣声现象。通过整车级车内噪声测试、传动系扭振测试，为仿真结果提供对标参数；通过零部件试验为后续多体动力学模型提供仿真输入参数；以当量分析模型为后悬架多体动力学提供转矩波动激励输入；以多体动力学分析为整车车内轰鸣声提供力波动输入。各模型之间，通过与试验数据的对比进而验证模型的准确性。

图1所示技术路线，不仅适用于扭振引致的车内轰鸣现象，更可应用于其它整车级NVH问题。这种从振动源，经传递路径，到整车响应的完整传递链分析模型，相较于仅从振动源角度的仿真方法更为严谨和完善，可为整车级NVH的改善与优化提供更多的思路和方向。

2 传动系扭振当量分析及整车NVH试验。

基于传动系当量分析方法，根据某微车传动系CAD模型及相关供应商提供的零部件参数，获取了表1所示的传动系当量参数[5]。搭建了如图2所示的当量模型。

图2 传动系扭振当量计算模型

如图3所示，在整车半消声室转毂试验台上，进行了整车传动系扭振及车内噪声同步测试，重点测试了在全油门（1 000 r/min～3 000 r/min）工况下主减速输入端的转速波动以及第三排中间乘客位置声压曲线。

图3 整车半消声室试验

通过与当量分析仿真数据对比，得到了如图4所示的对比曲线。

图4 试验与仿真对比曲线

表1 当量分析方法计算参数

从图4中可以看出，试验值与仿真值在重点关注的1 500 r/min附近峰值相差6.8%，在1 500 r/min重点关注转速下，测试值与仿真值较为接近，在工程允许范围内。

3 面向扭振的后悬架多体动力学模型

通过传动系当量分析模型获取了如图6所示的某前置后驱型MPV 车型主减速器输入端的转矩波动激励曲线。为获得由扭振引起的悬架与车身连接点的振动响应曲线，基于零部件台架试验，获取了减振器、弹簧、橡胶衬套的力学特性曲线，结合整车CAD 数模，搭建了如图5所示的扭矩波动激励下悬架与车身连接点的多体动力学仿真模型。

图5 扭矩波动激励悬架与车身连接点振动仿真模型

其中，悬架与车身连接点（左右减振器与车身连接点、左右摆臂与车身连接点、左右弹簧与车身连接点）通过橡胶衬套连接；在整车质心位置赋予整备质量，质心位置施加转动约束；为避免行进过程中路面激励对于悬架振动响应的影响，路面使用完全平直优良路面；在主减速器输入端施加图6所示的主减速器输入端转矩波动时域信号曲线。