某车型侧围异常振动分析与改善

来源:用户上传      作者: 江克峰,寇宇桥,谭伟

　　摘要：针对某车型在侧滑门关闭和行驶过程中，车身侧围振动明显过大的现象进行试验和CAE分析。找到了侧围振动过大的根源，并采取相应改进措施，将振动幅值降低到了主观评价可以接受的水平。
　　关键词：汽车；CAE；NVH
　　中图分类号：U462.3 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2011）06-0052-04
　　
　　Analysis and Improvemet of a Light Passenger
　　Vehicle Location Structure Vibration Issue
　　JIANG Ke-feng，KOU Yu-qiao，TAN Wei
　　（DFAC Commercial Product R&D Institute，Wuhan 430057，China）
　　Abstract：In the ET phase of the development of a light passenger vehicle，finding the roof and side structure stiffness isnot enough that the structure vibration exceed the target when the vehicle runing and closing door.Through a lot of NVH test and finite element analysis to find the reason of the issue aboved and re-design a new body structure to improve the structure stiffness. Finally，this problem was solved perfect.
　　Key words：vehicle；CAE；NVH
　　
　　自从2009年《国家汽车产业调整和振兴规划》［1］中特别提到了“要突破汽车NVH技术”以来，整车NVH技术越来越受到生产厂商和广大消费者的重视。而汽车大多数振动均通过车身传递给乘员。因此，车身的振动属性是影响整车NVH性能十分重要的因素之一。
　　为规避风险，缩短开发周期，目前开发新车大都基于某一旧车型，车身更是如此。相对于参考车型，新车在设计更换动力总成、底盘、转向、空调、排气系统等部件后，各部件的模态频率也发生了相应的变化。为避免和其它部件模态频率重合而发生共振现象，车身的模态分布也要做适当的调整，这给设计带来较大的难度。
　　某款新车型在主观评价过程中，有一个现象引人关注：在关闭侧滑门时和中低速行驶过程中，侧围振动明显。
　　
　　1 侧围振动测试与分析
　　
　　要解决振动问题，首先要了解振动现象本身所具备的振动频率、振型等特性。然后结合汽车整车各部件的频率分布去查找引起该异常振动的根源。为此，做了如下三种相应的测试：
　　（1）在整车状态下关闭侧滑门，测试侧围振动响应，见图1；
　　（2）60 km/h匀速整车ODS（工作变形）试验；
　　（3）按国标GBT4783-1984进行的偏频试验，见图2。
　　其中关门响应测试主要了解侧围异常振动的主要频率，而ODS试验从整车角度出发，关注包含车身在内的各主要部件在运行条件下的振型和频率。将偏频试验与ODS试验相结合，了解分布在侧围异常振动频率附近的底盘（非簧载部分）的模态频率。
　　以上试验表明：
　　（1）侧滑门关闭过程中，侧围振动响应峰值对应频率是13.2 Hz；
　　（2）60 km/h行驶过程中车身在13.2 Hz频率处振动幅值最大，在15.4Hz处次之（但峰值较大，不能忽略），其它频率振动响应相对很小。ODS试验结果表现出整车（包含车身）振动的大概振型，见图3、图4；
　　（3）汽车后桥左右轮反向跳动模态频率为13.6 Hz，同向跳动模态频率为15.2 Hz；
　　可见侧围振动主要发生在13.2 Hz和15.2 Hz频率附近。为进一步考察侧围是否与其它零部件发生共振，必须明确车身模态分布状况，尤其要考察车身是否存在13.2 Hz和15.2 Hz频率附近的模态。
　　
　　2 白车身模态CAE分析
　　
　　2.1 CAE建模
　　根据CAD数模，建立带前挡风玻璃以及侧围固定车窗玻璃的CAE有限元模型。壳单元总数为932 463，节点总数为971 189，平均单元尺寸为10 mm×10 mm，螺栓连接用RBE2 单元模拟，焊点用CWELD 单元模拟，焊缝用RBE2单元模拟。
　　2.2 CAE计算结果
　　CAE计算结果如表1所示。
　　由于CAE计算比较理想化，因此相对实车模态应该会略有偏高。但其前两阶频率与前面试验值相差不大，振型与ODS试验一致。
　　
　　3 白车身模态试验
　　
　　为进一步验证CAE分析结果，了解车身实际模态，模态试验必不可少。选取与CAE模型状态一致的车身，采用如下方案进行模态试验。
　　3.1 试验方案
　　约束：空气弹簧自由支承。安装好后，系统刚体模态频率低于车身弹性模态频率的1/5［2］；
　　建模：采用骨架和面板件分开局部单独建模的方法。为充分反映车身整体和局部模态振型，确定519个测点，见图6。
　　测试方法：MIMO（多输入多输出法）。在纵梁和横梁底部安装3个激振器，对车身X、Y、Z三个方向激励，移动三向加速度传感器依次测量，见图7。
　　参数设置：分析带宽80，频率分辨率0.2 Hz，采用猝发随机激励信号。
　　3.2 测试结果
　　测试结果见表2。
　　表2 模态试验结果――前3阶模态
　　试验与CAE计算结果十分接近，振型基本一致。
　　由于整车车身上安装了内饰件及顶部空调蒸发器，这等于在车身刚度不变的条件，增加了车身附加质量，因而基于整车的车身模态会相应降低。车身前两阶模态将更加接近后桥频率。
　　
　　4 综合分析
　　
　　根据以上分析，对比振型和模态频率，同时考虑到分析和测量误差，可以得出以下结论：
　　1）整车上，车身存在13.2 Hz左右的呼吸模态是导致滑门关闭时侧围振动过大的原因（其实顶盖振动最为明显，只是因为内饰件遮蔽，看不到）；
　　2）行驶时，车身前两阶模态频率分别和后桥反向、同向跳动模态频率接近（近于重合），产生共振是导致侧围行驶振动异常的原因。
　　3）车身一阶弹性模态最低达到13.2 Hz，这说明车身刚度太低。从模态振型来看刚度较低部位主要在顶盖和侧围C柱处。
　　
　　5 改进工作
　　
　　明确产生异常振动的根源后，针对车身薄弱部位（顶盖和侧围），本着提高车身刚度和合理分布模态频率的原则，从以下两个方面采取改进措施：
　　（1）工艺改进
　　由于是产生异常振动的车处于ET1状态，钣金件冲压和焊装精度、涂胶工艺还不能达到设计要求，这些均对车身整体刚度有负面影响。在整车开发SOP之前，这方面将是持续改进的内容。
　　（2）设计改善
　　工艺改善对车身刚度增强作用有限，设计改进是改善车身刚度决定性的因素。采用增加冲压件料厚、修改接头部件结构以及增加加强板件等改进措施，并通过CAE反复仿真计算与模态试验验证，车身侧围一阶试验模态从原来的13.5 Hz提高到了18.5 Hz，其它模态频率也有相应提高，成功避开了后桥固有频率见图9、图10。按改进方案装车后，在关闭侧滑门和行驶工况中，侧围异常振动消失，振动水平达到主观评价可接受范围内。
　　
　　6 总结
　　
　　本文通过对关闭侧滑门和行驶过程中侧围异常振动进行了分析，找到产生该现象的根源。在现有结构基础上，通过工艺、设计改进，辅以CAE模态和刚度计算，成功将车身前两阶模态提高5 Hz左右，侧围振动水平也降低到了主观评价可以接受的范围。
　　
　　参考文献：
　　［1］ 国家汽车产业调整和振兴规划［R］.2009.
　　［2］ 刘馥清.试验模态分析基础［R］.

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