汽车驱动轴吸振器对整车轰鸣声的影响

作者:安徽江淮汽车集团股份有限公司 马成 司志明 汪江 陶维龙 吕孟理 董恒 文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2021-06-15
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严重的轰鸣声不仅大大降低驾乘舒适性,并且影响整车质感。优化车内轰鸣,是汽车NHV 性能开发重要步骤,可提升整车的品质。本文主要针对在驱动轴一阶弯曲模态频率未出现共振时,驱动轴吸振器对整车轰鸣声的影响进行验证研究分析。

驱动轴吸振器是解决驱动轴共振的主要手段。当驱动轴的固有频率较低时,在发动机常用转速驱动轴会出现共振,造成整车出现轰鸣声,此时需要优化驱动轴固有频率。优化方法有两种:第一种采用空心轴,优化其固有频率,避开发动机的常用转速;第二种方案在驱动轴上增加吸振器,调整驱动轴的固有频率。但采用空心轴成本较高,空间限制较多,多数主机厂采用在驱动轴的轴杆上增加吸振器的方案来消除共振,优化整车轰鸣声。但对于驱动轴模态较高,在发动机常用转速工况下,驱动轴未发生共振的情况下,增加驱动轴吸振器是否可以优化整车轰鸣声的研究较少,无明确的结论。本文主要针对在驱动轴一阶弯曲模态频率未出现共振时,驱动轴吸振器对整车轰鸣声的影响进行验证研究分析。

整车轰鸣声作为一种频率范围较窄的汽车噪声,多出现在20~200 Hz 左右,主要表现为车辆以特定速度行驶或发动机以特定转速运转时,驾驶室内噪声声压级陡然增大,人耳能明显感知压迫感。严重的轰鸣声不仅大大降低驾乘舒适性,并且影响整车质感。优化车内轰鸣,是汽车NHV 性能开发重要步骤,可提升整车的品质。


问题分析

某款新车型,对其主观评价,发现该车在加速时,发动机转速达到3 500~3 600 r/min,驾驶室内部出现轰鸣声,严重影响整车品质。具体评价工况如下:1 档全油门加速、3 档全油门加速、高速时全油门加速,并对几个工况进行打分评价,评分及评分标准见表1及表2。评价专家一致认为该车在大油门加速工况,整车噪声较大,尤其发动机在3 500~3 600 r/min 时,噪声有突变,能明显感知到,可能会造成一些敏感客户产生抱怨,需要对该问题进行优化。

NVH 测试

为了便于找出振动传递路径及优化方案,对该问题车辆进行全面布点,使用LMS SCADASMobile 便携式数采系统采集振动及噪声数据,并利用LMS Test.Lab 模块对采集的数据进行分析。本文主要针对驾驶员右耳处噪声进行对比测试分析,同时为了采集数据的一致性,测试工况选择3 档全油门工况(简称“3WOT”)。对测试数据分析发现:该车在3 500~3 600 r/min 的噪声确实存在峰值,与主观评价提出的问题吻合,其中overall噪声为74.72 dB(A),二阶噪声为72.08 dB(A),如图1 所示。

在问题车辆悬置车身侧(左右后三处),由于驱动轴为旋转件,无法布置传感器,因此在驱动轴固定节附近的转向节(左前右前两处)上布点测试。测试完毕后,对测试数据进行分析,悬置车身侧未发现明显异常,在右侧驱动轴固定节处,发现当发动机转速达到3 500~3 600 r/min 时存在峰值振动,如图2 所示。为此初步怀疑整车轰鸣声与右侧驱动轴相关。

对驱动轴模态进行测试,因该车型驱动轴采用三段式,右侧驱动轴较短,其固有模态较高,通过使用等速驱动轴共振震动试验台对驱动轴进行扫频测试,其测试模态为f =223 Hz,如图3所示,共振转速n 与驱动轴模态f 对应的数学表达式见公式(1):

其中,f 为驱动轴固有模态,O为阶次,取值2(发动机每旋转1 圈, 点火2 次, 激励2 次)。计算出对应发动机二阶共振转速n 达到6 690 r/min,因此判定发动机转速在3 500~3 600 r/min时,驱动轴未发生共振,排除驱动轴共振产生整车轰鸣。

图3 右侧驱动轴模态测试结果

优化方案制作

虽然确认发动机的转速在3 500~3 600 r/min 时,驱动轴不存在共振,但驱动轴有可能是振动的传递路径。吸振器对驱动轴共振产生的整车轰鸣声有效,目前已得到充分验证,并得到各个主机厂的认可,但在非共振情况下,在驱动轴上增加吸振器是否对整车噪声改善,还未确认,无明确的结论。为此,针对此问题进行专项验证。

依据是在发动机的转速为3 500~3 600 r/min 时整车出现轰鸣声,在该转速2 阶整车噪声出现峰值,同时右侧驱动轴轴头处出现同样振动峰值,初步确认驱动轴吸振器频率f ,同样利用公式(1),发动机转速n 。取值3 600 r/min(出现轰鸣声时的发动机转速),阶次O 取值2,计算得出驱动轴吸振器设计频率f =120 Hz。

吸振器质量确认, 在空间、橡胶材料及成本允许的情况下,尽量选取质量较大的吸振器,通过对驱动轴DMU 空间运动校核,最终确认吸振器的质量m=1.2 kg,可满足空间要求。橡胶材料选取EPDM,EPDM 与CR 及NR 相比,温度对其频率影响较小。吸振器装配位置在驱动轴右轴中间处,对于驱动轴吸振器来讲,吸振器布置在轴杆中间位置减振效果最佳,最终方案如图4 所示。

优化后验证

在右侧驱动轴轴杆上增加吸振器后,对问题车辆更换并重新测试分析。发现增加吸振器后,整车overall 噪声在发动机为3 600 r/min 时, 噪声为71.5 dB(A), 降低3 dB(A)左右,同时整体overall 噪声走势趋于平稳,二阶噪声为65.40 dB(A),降低接近7 dB(A),优化效果非常明显,如图5 所示。

同时邀请主观评价专家对优化后的车辆进行重新评价确认,专家一致认为,优化后整车NVH 性能较好,问题得到解决,评价结果如表3 所示。通过客观测试及主观评价发现,在驱动轴上增加吸振器后,整车在发动机转速为3 600 r/min 时的NVH 性能有了明显的提升,效果显著。


结论

通过在整车上验证确认,驱动轴吸振器不但对驱动轴共振有效果,对非驱动轴共振引起的整车轰鸣声同样有非常好的效果,吸振器可有效降低通过驱动轴传递到车身的振动。同时本文为解决整车轰鸣声提供了参考依据,可节约解决此类问题的时间及整车NVH 性能开发成本。




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