轻型客车振动噪声试验研究

2009 年 国用户大会论文集 - 1 - 轻型客车振动噪声试验研究 席桂东 （南京汽车集团有限公司汽车工程研究院） 摘 要： 汽车 究是改进车辆性能的重要手段，也是目前各大汽车公司一个主要课题，通过阶次跟踪和频谱分析手段， 可以分析车辆振动源及传递路径等， 文中针对某款轻型客车的振动噪声问题展开了研究，确定了车辆的振动噪声源，提出了改进措施并进行了验证，为解决客车相关 题提供了基本思路。 关键词： 阶次跟踪，频谱分析，振动噪声 一、前言 在现代汽车研发过程中，振动、噪声与舒适性研究已成为 全球汽车业各大整车制造企业和零部件企业关注的主要问题之一，统计显示，整车约有三分之一的故障与振动有关，各大公司有近 30%的研发费用消耗在解决车辆的 题上。 如何通过振动分析测试来解决这些问题就变得尤为关键。而汽车的振动问题表现在各结构的振动传递以及车内噪声辐射，其振动和噪声特性可以通过频率分析来说明，本文通过对某轻型客车的整车异常振动分析测试来说明如何利用频率分析来解决此类问题。 二、测试方案 （一） 、测试方案概述 为诊断出振动产生的根源，需要对样车在典型工况下的 性进行测试和分析。在对发动机和传动轴转速进行跟踪的同时，研究底盘、车身、地板以及车内噪声等关键点的阶次和频谱特征，从中分析主导振动源及传递路径。大体测试方案如下： 1、测试不同工况下，底盘和车身内关键点的振动、噪声频谱，以确定引起共振的主要频率和阶次，研究和比较振动和噪声在不同工况下的表现。测试工况包括在转鼓上测试不同档位下的加速工况、匀速行驶工况以及空档滑行工况。 2、测试悬架和轮胎的偏频，车辆在高速行驶时，轮胎和悬架的动态性能对车辆的 能影响较大，通过偏频试验，可以分析其部分动态特征。 3、测试车辆局部的传递特性，在确定了振源和大体传递路径后，可以对传递路径中的局部进行频率响应分析，验证和分析振动产生的根源。 （二） 、原始样车振动特性测试评估 要解决车辆的异常振动问题，首先要对原始样车的振动特性进行测试。测试从不同行驶工况下的频谱特性采集及阶次分析、车身工作变形分析（、悬架和轮胎的偏频以及局部传递特性分析等几个方面进行。 1、转鼓试验 转鼓试验目的是测试车辆在不同行驶工况下的振动和噪声，重现车辆出现异常振动的现象，实时跟踪发动机和传动轴的转速并记录典型测点的振动和噪声数据，分析它们各自的特征和内在联系以及异常振动和噪声产生的根源。 图 1 和图 2 分别为原始样车在五档 60km/h 到 120 km/h 加速工况下侧围内壁 Y 向测点和车厢中部麦克风测点在不同转速下的三维频谱分布云图。图中的横坐标表示振动或声压的频率，纵坐标表示传动轴的转速，云图颜色的深浅表示振动或声压值的大小。 2009 年 国用户大会论文集 - 2 - 3 20484 8 16 32 63 125 250 500 10005 6 10 13 20 25 40 50 79 99 157 198 315 397 630 794 12602) 五档加速工况侧围内壁 Y 向频谱 3 40964 8 16 32 63 125 250 500 1000 20005 6 10 13 20 25 40 50 79 99 157 198 315 397 630 794 1587 25203004600300040002400260028003200340036003800420044002)F 178 8192 0 20 th 五档加速工况车厢中部麦克风频谱 从图 1 中可以看出，这些测点在五档 加速工况下的主要振动频率集中在 11 15间，振动幅值较大的区域出现在传动轴转速为 3700 4500rp m 的范围内，此转速范围对应 的车速范围约为 97km/18km/h。从跟踪传动轴转速的阶次特性上分析，传动 轴的 次对这些点的振动贡献最大。由于传动系统的主减速比约为 以传动轴的 次 正好对应于车轮的 1 阶滚 动频率，这也说明各点的主要振动频率与车轮的转动频率相吻合。从图 2 可以看出，车厢内部声压的频谱分布特性也表现出与振动的分布特性基本相同的规律。表 1 列出了此工况下各测点主要振动频率的大致分布规律。 表 1 五档加速工况各测点主要振动频率分布 测点位置 主导阶次 主要频率分布（H Z） 传动轴转速（发动机转速（ 车速（km/h） 头 后地板 7004500 28703500 97118 车架前横梁 2 116 43804570 34003550 115120 传动轴支架 4 235 43804570 34003550 115120 发动机 2 116 43804570 34003550 115120 车架上各测点的振动在一定程度上也受到车轮转动频率的影响（传动轴的 次） ，但发动机的 2阶或 4 阶惯性力对发动机、传动轴支 架以及车架上各测点的振动 贡献更大一些，且频率主要分布在 100这部分频率成分并没有明显的传递到车身和车厢内部。 对滑行工况和五档各个匀速工况下的振动和噪声数据进行分析，各测点的振动和噪声特性也表现出和五档加速工况相似的规律。也就是说不同工况下，只要车辆在 97km/h 到 118km/h 的速度范围内行驶，车轮产生的激励对车身和车内的振动和噪声影响最大，起主导作用，是产生异常振动噪声的主要激励源。 2、车身侧壁和车厢地板工作变形分析试验（ 2009 年 国用户大会论文集 - 3 - 工作变形分析（于显示结构在工作过程中的变 形，通过几何模型动画在时域或频域回放结构在运行中的变化。通过动画显示结构在峰值和关键工况下的频谱，可以更好的从总体上了解结构的振动特性。 五档各匀速工况下的 五档加速工况下的特征基本相同，从 验结果可以看出，地板和侧壁在 近的变形要远大于其它频率下的变形，此频率附近存在明显的共振振型，是引起异常振动问题的关键频率。 0 256100 20020 40 60 80 120 140 160 180 220 _Y/_Y F _X/_Y F _Y/_Y F _Z/_Y F _Y/_Y F _Y/_Y F _X/_Y F _Y/_Y F _Z/_Y F _Y/_Y F _X/_Y F _Y/_Y F _Z/_Y F _Y/_Y F _Y/_Y F _Y/_Y F _Y/_Y 图 3 五档加速工况侧壁 C 柱 Y 向到侧壁其它各点的互功率谱 图 4 五档加速工况车身侧壁在 的 型动画 3、悬架和轮胎的偏频试验 偏频试验结果是评价悬架和轮胎的性能指标之一，其反映了悬架和轮胎对整车动态性能的影响。测试的参数包括车身部分（悬架簧载质量）和车轮部分（非簧载质量）的固有频率，这些参数是分析悬架系统振动特性和对汽车平顺性进行研究和评价的基本数据。测试结果如表 2 所示。 表 2 悬架和轮胎的偏频试验结果 测试工况 前悬偏频 后悬偏频 左前轮偏频 左后轮偏频 满载工况 载工况 悬架和轮胎的偏频试验结果可 以看出，轮胎的偏频在 12 14近，而当车辆在 95120km/轮的转动频率正好在 1115间 ，因此车辆在此速度范围内行 驶时容易产生共振现象。 4、局部传递特性测试 本项试验的目的是为了考察后桥上的激励经悬架到车身及车厢地板的频率传递特性，以及悬架上方车架上的激励到车身及车厢地板的频率传递特性。图 5 和图 6 分别为激励点到车厢地板上的测点和激励点到车身内侧壁测点的频响函数，其中实线表示激励点为后桥左半轴，虚线表示激励点为车架左纵梁的后部。从试验结果可以看出，两个激励点传递到响应点（车身和地板）的频率成分中，在所关心的 11 15明底盘在这个频率段内产生的激励，在一定程度上会对车身和车厢地板的振动产生不利的影响。 2009 年 国用户大会论文集 - 4 - 0 3010 202468 12141618 g/N)ab st Z/of ab st Z/+ 激励点到车厢地板测点的频响函数 0 3010 202468 12141618 g/N)nd Y/of nd Y/+ 激励点到车身内侧壁测点的频响函数 5、 对原始样车异常振动噪声问题的分析及改进结果 从以上几项试验结果可以表明，当车辆以 95km/h 到 120km/h 的速度行驶时，由于轮胎的不平衡和动态特性不匹配，从而产生了频率为 11 15右的周期性激励力，此频率成分的激励经轴头和悬架传递到车厢地板和车身侧壁，恰与车身的某阶模态频率相近（从车身的 验可以证明这点） ，从而产生了车身和地板“异常振动”的现象。 轮胎产生的激励是主要激励源，11 15引起振动的关键频率。要解决此“异常振动”问题，提出了以下改进方案：使用动平衡性好，动态特性相匹配的轮胎，虽然不能改变激励力产生的频率，但可以在一定程度上减小激励力的大小，使得车身和地板的振动达到可以接收的水平。 根据上述方案，样车的全部轮 胎更换为某品牌 650/，并 保证其装配达到要求，动平衡性良好。 从改进样车的相关测试上来看，当车辆行驶以 95km/h 到 120km/h 左右的速度行驶时，车身和地板的振动以及车内的噪声水平在主观上感觉明显下降，达到了可以接收的水平。从测试的数据来看，车身和地板的振动水平总体上也明显降低，某些测点振动的降低幅度在加速工况下达到了 15%左右，在空档滑行工况下甚至达到了 25%；车内的噪声水平也有明显的改善， 加权声压幅值降低了 7 到图 9 给出了更换轮胎前后部分测点的 振动或噪声水平的对比曲线（虚线为改进样车） 。 由于轮胎的滚动半径没有改变，所以各工况下各测点的频率分布特征与原始样车基本相同，但是幅值均有不同程度的降低。这与前文对“异常振动噪声”产生的原因和特征的判断相一致。 2009 年 国用户大会论文集 - 5 - 2300 45203000 40002600 2800 3200 3400 3600 3800 nd Y rd ):+Y 改进前后 C 柱测点 Y 向五档加速工况下的振动水平对比 2300 45203000 40002600 2800 3200 3400 3600 3800 ab st Z ab st Z 改进前后地板测点 Z 向五档加速工况下振动水平对比 2300 45203000 40002600 2800 3200 3400 3600 3800 4200)A) ic rd A