更换动力总成整车NVH 性能开发研究
【摘要】汽车行业的平台化开发策略可以快速的响应市场需求，并且可以有效缩短设计周期和降低开发成本。在平台化的设计开发过程中，更换动力配置为主要开发手段。本文以某改款车型为实例梳理开发过程中涉及NVH 调 教的工作，主要涉及到悬置系统、进气系统、排气系统、主观问题等。为其他更换动力总成NVH 性能开发项目提供建议。随着汽车行业的高速发展，汽车市场的竞争也日益激烈，各主机厂往往通过在现有车型上进行换动或更换造型等手段抢占市场缩短开发周期。同时，消费者对汽车性能要求的不断提高给汽车设计提出了新的挑战。汽车NVH性能，是汽车一个非常重要的性能指标，关系到环境噪声和车内乘客的舒适性。整车NVH 调校是提高驾驶舒适性、安全性非常关键的步骤[1]。怎么能在换动项目较短的开发周期内调 教出满足市场要求的车辆给工程师提出较大的考验。本文通过某改款车型调 教过程中遇到的主要问题进行整理。某品牌SUV 前期搭载1.5T-8AT 四缸涡轮增压发动机，基于汽车市场更新换代、缩短开发周期、降低开发费用。新款在造型内饰小改动的基础上搭载1.6T-7DCT 四缸涡轮增压发动机来满足消费者多样的选择。研究更换动力总成汽车NVH 问题，常把汽车看成一个由激励源、传递路径和响应器组成的响应系统。激励源主要是振动源和噪声源，由动力总成激励产生。激励源产生的振动、噪声通过悬架系统、车身结构系统等传递路径传入车身室内，形成振动和声学响应，最终表现为座椅、地板和方向盘的振动、驾驶员和乘客的耳旁噪声等现象。根据传递路径不同，更换动力总成整车NVH 问题分为由动力总成激励引起的车内结构振动和结构辐射低频噪声问题，以及由动力总成激励产生的噪声通过钣金件、声学包和孔隙等传递到车内引起的空气传播中高频噪声问题。车辆更换动力总成开发过程中，需考虑动力系统本体的工作噪声、悬置系统的刚体模态、隔振衰减、以及支架刚度和模态、进气系统辐射噪声、排气系统辐射噪声、结构传递噪声、发动机附件压缩机、冷却风扇、涡轮等，驱动半轴模态等，NVH 性能开发优化分解图，如图1 所示。乘用车NVH 性能从性能特性上主要包括怠速噪声振动、加速噪声、匀速噪声、主观问题等。这些是用户直接能感受到的，因此在整车研发中应重点控制。悬置调 教是整车NVH 性能调 教的第一重任，悬置作为结构传递路径。一方面，阻止作为振源的发动机到车架传递的振动力；另一方面，悬置必须阻止路面不平激励等传给发动机的振动和冲击，并使动力总成作为动力吸振器来衰减车架的振动能量[2]。更换动力总成NVH 性能开发悬置调 教过程中，应考虑悬置隔振衰减对于启停工况的振动冲击、怠速工况的车内声音及振动（振动的衰减、刚体模态及悬置的解耦），加速工况的发动机结构声声品质（共振带）。由于更换动力总成车型已处于设计验证阶段，动力总成参数基本定型。受发动机舱内空间及机舱总布置限制，通过改变悬置结构、调整悬置位置和安装角度等措施来改善动力总成隔振及支架模态共振问题的可行性不大。综合上述的客观因素，考虑可通过调整各悬置主方向的刚度参数来优化匹配动力总成隔振，通过更改悬置材料避免共振。本车通过更改悬置刚度及支架材料来优化整车抖动及加速轰鸣问题，悬置刚度优化主要针对怠速振动问题，悬置支架材料主要振动加速轰鸣问题，具体方案如表1 所示。该研发车辆动力总成搭载1.6T-7DCT 三点式悬置，怠速工况整车抖动严重，其中方向盘严重超标，根据试验数据和经验初步判断 ,振动峰值在23Hz 刚好与发动机怠速时的2 阶激励频率吻合。动力总成作为怠速时最大激励源,其振动可通过车身传递到各个子系统,。经过方向盘模态测试，确定方向盘模态为38Hz，排除与发动机2 阶激励耦合导致，所以判断怠速时方向盘振动大主要是由动力总成强迫振动引起。对悬置系统匹配测试发现，悬置中心刚度低于144N/mm，悬置隔振率均低于15dB ,其中主方向Z 向为10dB。不能满足隔振要求.一般认为振动的衰减率应该在20dB 以上 ,隔振器具有良好的隔振效果,也就是说动力总成的激励传递到车身侧振动需要降低10 倍。通过悬置调 教匹配，最终选用左悬置158N/mm、右悬置163N/mm、后悬置拉铝275N/mm。经过整车试验验证, 隔振率均在20dB 以上,同时测得方向盘Z 向振动加速度值降到 0.1m/s^2 ,如图2所示。该研发车辆动力总成搭载1.6T-7DCT 三点式悬置，3 挡全油门加速工况车内2400rpm 有明显轰鸣声，总级幅值达到68dB（A),2 阶幅值达到66dB(A),经过摸底确定为发动机二阶导致，且定置工况无此类轰鸣，经过排查后悬置被动端振动在2400rpm&2阶有较大峰值，激励频率为80Hz。经验判断一般为半轴模态或后悬置刚体模态耦合导致，该研发车辆驱动半轴为三段式半轴，刚度及模态较高排除该问题源。测试后悬置支架刚体模态为83Hz,与发动机2400rpm 的2 阶激励频率80Hz 耦合。1.6T 发动机相比1.5T 发动机在该转速下的激励更大，故产生该问题。更换动总车辆，动力总成悬置匹配布置结构已定，通过提高后悬置拉杆材料来改变刚度从而提高模态。更换刚度为275N/mm 的铝材料后悬置，测试模态提升到175HZ，整车全油门加速工况验证后，2400rpm 总声压级和2 阶均有明显降低，如图3 所示。发动机进气系统噪声是汽车的主要噪声源之一，进气系统不仅需要为发动机提供很好的空气动力学性能，还需要有良好的消声能力。进气系统噪声主要指进气口处噪声、进气管路辐射噪声、涡轮HISS 声等问题。由于距离驾驶舱较近,所以对车内的噪声控制有很大的影响,如何有效控制进气噪声成为整车噪声控制的关键[3]。该研发车辆搭载1.6T-7DCT 涡轮增压动力总成，加速工况有明显涡轮介入声传入车内，经过测试确定噪声为5000-10000HZ 的频率。通过排查确认为涡轮进气管辐射和涡轮壳体辐射导致，同时由于换挡机构跟换为电子换到，换挡拉索过孔处理不当导致车内可以察觉较明显的涡轮工作声。由于机舱布置结构已定进气形状及结构无法更改，从材料及装配工艺上优化，通过增加丁基橡胶提升涡前进气管隔声能力。同时增加装配过盈量，对换挡拉索过孔进行隔声处理。通过测试验证，增加管壁强度明显改善此问题，且主观感受明显优化，如图5 所示。排气系统是衡量车辆NVH 性能的一项重要指标[4]，直接影响到车辆动力总成、车身以及整车NVH 性能。排气噪声包括结构振动噪声、管壁辐射噪声、排气口噪声。排气噪声主要形成原因是：发动机产生的燃烧噪声及机械噪声，通过吊耳结构路径传递到车内引起的振动噪声；废气对管道内壁的辐射噪声以及排气口尾流噪声通过空气路径传入车内的空气噪声。该研发车辆搭载1.6T-7DCT 涡轮增压动力总成，NVH 性能开发过程中，三档全油门加速工况在2500rpm-3000rpm 有明显的轰鸣，经过排查为排气系统导致，通过对比排气吊耳振动排除结构路径传入车内，确认为排气口噪声过大通过空气路径传入车内。通过提高排气系统80Hz-100Hz 插入损失，解决该轰鸣问题，如图6 所示。怠速工况发动机转速未发生变化，无需确认排气系统结构模态对车内噪声振动的影响。驱动半轴连接着发动机以及车轮，是乘用车传动系统的关键部件。若驱动半轴设计不合理，在车辆加速过程中，极易引起 100Hz 左右的车内轰鸣声，直接影响着车辆 NVH 性能和消费者乘坐感受。驱动半轴引起的车内轰鸣一般是因为其自身弯曲模态频率规划不合理，被发动机主阶次激励激发从而产生共振所致。因此很多动力驱动轴改为三段式驱动轴，如图7 所示，提高模态频率，避开此类问题。该研发车辆，搭载三段式驱动半轴，避开常规加速轰鸣问题，但也会出现共振现象，开发过程中，车辆加速过程有砰砰异响传入车内，频率为390Hz 共振带，经排查为动力总成激励与半轴模态耦合导致，在半轴上加装特定频率的吸振器，解决该问题，如图8 所示。针对换动项目的实际开发过程中遇到的问题结合资料的查阅，总平台化换动项目NVH性能开发主要的关注点及流程。更换动力总成NVH 开发过程中首先要考虑动力总成本体噪声对车内的贡献量变化，在动总选择时就要横向对比发动机台架试验的NVH性能表现避免后期对前围声学包进行较大的更改；其次需要对悬置系统进行调 教优化，一般由于结构的固定仅可对弹性元件属性及支架材料属性进行优化来解决NVH 问题；再次考虑进、排气系统由于发动机排量改变确认其自身消声能力是否能满足要求，发动机转速是否变化决定是否需要对排气系统结构进行确认，涡轮工作时带来的噪声等问题；最后还需注意发动机附件、驱动半轴等结构样件变更带来的NVH 问题，需通过主观评价进行确认。作者单位：（ 中汽研（ 天津） 汽车工程研究院有限公司， 天津 3 0 0 1 6 2）来源：2020 年第十七届汽车NVH 控制技术国际研讨会免责申明：本公 众 号所载文章为本公 众 号原创或根据网络搜索编辑整理，文章版权归原作者所有。因转载众多，无法找到真正来源，如标错来源，或对于文中所使用的图片，资料，下载链接中所包含的软件，资料等，如有侵权，请跟我们联系协商或删除，谢谢！ 著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载
首次发布时间：2023-04-15
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