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)動機(jī)及其各部件、總成,形成汽車的整體造型,并采納發(fā)動機(jī)的動力,使汽車產(chǎn)生運(yùn)動,保證正常行駛。底盤由傳動系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動系組成。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70Km/h時成為車輛最大的噪聲源;傳動軸噪聲和剎車噪聲也是顧客經(jīng)常怨恨的問題。

懸掛系統(tǒng)是汽車上的一個分外重要的系統(tǒng)。它不但影響汽車的乘坐舒適性(平順性)、還對其他性能諸如通過性、穩(wěn)定性以及附著性能都有重大影響,每一個懸架都由彈性元件(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,車橋通過懸掛與車架相連。這種懸掛布局簡樸,傳力穩(wěn)當(dāng),但兩輪受沖擊震撼時彼此影響。而且由于非懸掛質(zhì)量較重,懸掛的緩沖性能較差,行駛時汽車振動,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:每個車輪單獨(dú)通過一套懸掛安裝于車身或者車橋上,車橋采用斷開式,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,而且還會使驅(qū)動橋、轉(zhuǎn)向系變得繁雜起來。

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,胎面受壓縮、拉伸,形成泵氣、吸氣效應(yīng)。這種“泵吸效應(yīng)”在輪胎滾動過程中周期性地發(fā)生,在空氣中形成輻射噪聲。

(2)輪胎振動輪胎布局振動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等理由激發(fā)輪胎振動而產(chǎn)生的噪聲,其中輪胎的徑向振動為主,其振動頻率一般在200Hz以下;周向振動主要影響高頻噪聲。解決輪胎噪聲的常用手段有:選用低噪聲的輪眙、對輪罩處舉行吸隔聲處理,如圖1。

傳動系統(tǒng)噪聲

傳動軸噪聲發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動和振動,變速器及驅(qū)動橋等振動的輸入,萬向節(jié)輸入和輸出轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的不均衡性,傳動軸本身的不平衡等,都是引起傳動軸振動噪聲的重要理由。傳動軸振動噪聲的分散傳播主要有兩個途徑:一是經(jīng)傳動軸的中間支承、變速器和后橋傳給車身及其他部件,引起更廣泛的振動和噪聲;二是經(jīng)周邊空氣直接向外輻射噪聲。一般傳動軸的噪聲能量是很小的,在傳動系噪聲中不占主導(dǎo)地位。傳動軸振動主要是由于其質(zhì)量不平衡和彈性彎曲所致,因此研究傳動軸噪聲時首先應(yīng)考慮傳動軸剛度和動平衡度。為保證傳動軸的平衡度,有如表2的要求:

表2傳動軸平衡精度要求

汽車傳動系產(chǎn)生彎曲共振和扭轉(zhuǎn)共振,從而使傳動系振動加劇,噪聲輻射大量增加。一般說來,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,這兩種共振是同時發(fā)生的。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩主諧量的頻率與傳動系固有頻率一致時,傳動系便發(fā)生扭轉(zhuǎn)共振,造成傳動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)研究說明,傳入車內(nèi)的最大噪聲是由傳動系在垂直平面作彎曲振動引起的。

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

某車型的傳動軸由于在4500轉(zhuǎn)松油門時有“嘎啦嘎啦”聲,通過在傳動軸內(nèi)附加動力吸振器,解決了問題。圖3為傳動軸的一階彎曲模態(tài),假設(shè)傳動軸帶有動態(tài)吸振器那么固有頻率函數(shù)曲線會展現(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

制動噪聲主要是由于摩擦蹄片和制動鼓接觸惡化、摩擦蹄片和制動鼓間的摩擦系數(shù)隨滑動速度而變化等引發(fā)的。由于制動蹄片與制動鼓間摩擦力的變化,制動構(gòu)件受到該持續(xù)交變力作用而產(chǎn)生振動。一般制動蹄片首先振動,繼而制動鼓和底板振動,發(fā)出連續(xù)噪聲。對于盤式制動器來說,制動噪聲主要是由于摩擦襯塊與制動盤間摩擦力的變化,從而引起制動盤和制動鉗振動并輻射噪聲。制動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驗(yàn)結(jié)合的方法修改布局設(shè)計(jì)來實(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;制動條件,如制動壓力和制動速度;制動環(huán)境,如溫度和濕度,它們通過摩擦系數(shù)來影響噪聲。

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)對急加速車內(nèi)噪聲在中高頻影響較大,而排氣噪聲對車內(nèi)噪聲的影響往往是低頻“Booming”聲。

進(jìn)氣噪聲及其操縱進(jìn)氣門周期性開閉引起進(jìn)氣管道內(nèi)壓力起伏變化而形成的空氣動力性噪聲。對某些發(fā)動機(jī)而言,進(jìn)氣噪聲有時比發(fā)動機(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,必將引起進(jìn)氣管道中空氣壓力和速度的波動,這種波動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會產(chǎn)生確定的波動噪聲。當(dāng)進(jìn)氣閥開啟時,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,在進(jìn)氣管內(nèi)會產(chǎn)生一個壓力脈沖,從而形成猛烈的脈沖噪聲。另一方面,在進(jìn)氣進(jìn)程中氣流高速流過進(jìn)氣門流通截面,會形成猛烈的渦流噪聲,其主要頻率成分在1000～2000Hz范圍內(nèi)。

對進(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管也經(jīng)常用于進(jìn)氣系統(tǒng)中。在某車型在開發(fā)過程中,察覺進(jìn)氣在238Hz有一個峰值,于是針對該噪聲的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了四分之一波長管來消釋該怨恨噪聲,如圖5所示。

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

由于排氣管從底部貫穿整個底板,所以對排氣系統(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,對于消聲要求較高的消聲器通常采用雙層壁外殼來操縱殼體輻射,即消聲器外殼用雙層薄金屬板卷制而成,中間還可以夾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。所以對于雙層外殼改為單層外殼的PKO工程確定要舉行排氣次級聲的測量,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,而且通過縫隙也會產(chǎn)生漏聲和再生噪聲。

整車模態(tài)匹配

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

模態(tài)匹配:模態(tài)(布局動力特性)匹配對于整車開發(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)對大量車輛的試驗(yàn)結(jié)果說明: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)動機(jī)怠速范圍),由于在此頻帶內(nèi)集中存在了發(fā)動機(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。目前不同級別的平臺與發(fā)動機(jī)的配置已具有相對固定的規(guī)律,針對可能的發(fā)動機(jī)配置,可以切實(shí)地取得相應(yīng)

平臺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,從而在開發(fā)的早期就可以對各大總成(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車身各總成部件之間舉行模態(tài)匹配操縱外,對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