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Trelleborg針對(duì)日益增長(zhǎng)的高頻噪聲和振動(dòng)問(wèn)題的創(chuàng)新解決方案

2019-09-11 17:04:07·  來(lái)源：汽車NVH云講堂  
　
摘要在本文中，我們將提出各種各樣的解決方案，以管理日益增長(zhǎng)的高頻噪聲和振動(dòng)問(wèn)題。這些解決方案從要求非常精確的模擬和測(cè)試能力的非常簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)高效的設(shè)計(jì)功
摘要

在本文中，我們將提出各種各樣的解決方案，以管理日益增長(zhǎng)的高頻噪聲和振動(dòng)問(wèn)題。這些解決方案從要求非常精確的模擬和測(cè)試能力的非常簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)高效的設(shè)計(jì)功能，到更復(fù)雜的產(chǎn)品，如主動(dòng)振動(dòng)控制組件。

前言

全球汽車工業(yè)多年來(lái)一直要求在車輛噪聲振動(dòng)和平順性性能方面不斷改進(jìn)。因此，對(duì)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的性能要求不斷提高，對(duì)高頻問(wèn)題的研究也越來(lái)越受到重視。在這篇文章中，我們將介紹幾個(gè)與Trelleborg必須處理的高頻問(wèn)題相關(guān)的案例，我們將看到Trelleborg可以提供非常簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)高效的解決方案，以及非常有效的創(chuàng)新技術(shù)，如主動(dòng)振動(dòng)控制。

主要內(nèi)容

案例1 雙隔振結(jié)構(gòu)
  
第一個(gè)案例與歐洲前三大原始設(shè)備制造商有關(guān)。相關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)為6缸發(fā)動(dòng)機(jī)，橫向安裝。問(wèn)題是在2檔節(jié)氣門全開(kāi)時(shí)，21檔和42檔鏈條發(fā)出嗚嗚聲。在圖1中，我們可以看到21階和42階對(duì)車內(nèi)噪聲的貢獻(xiàn)（dB（A）vs RPM/Hz）。
 
圖1 我們可以看到，第21個(gè)階次的貢獻(xiàn)從500HZ到2000HZ以上

在Trelleborg部分完成的動(dòng)態(tài)剛度測(cè)量顯示，共振峰值為1000HZ（見(jiàn)圖2）。
 
圖2 動(dòng)態(tài)剛度測(cè)試結(jié)果
 
在1800HZ之后，共振峰和動(dòng)態(tài)剛度會(huì)增加，這將與發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)耦合，因此會(huì)產(chǎn)生很高的內(nèi)部噪音，如我們?cè)趫D1中看到的。我們可以在圖3看到發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)和左側(cè)動(dòng)態(tài)剛度之間的耦合頻率范圍。
 
圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)和左側(cè)動(dòng)態(tài)剛度之間的耦合頻率范圍
 
為了顯著減少激勵(lì)與lhs安裝響應(yīng)之間的耦合，trelleborg建議使用雙重隔離概念重新設(shè)計(jì)零件。該概念是在橡膠主彈簧（第一隔離層）上添加整個(gè)部件的第二隔離層。因此，該部件通過(guò)壓裝在Trelleborg部件中的橡膠密封圈組裝到車身上（見(jiàn)圖4）。
 
圖4 帶雙重隔離裝置的懸置
 
有了這個(gè)雙重隔離裝置，整個(gè)組件的垂直彈跳模式接近500HZ（見(jiàn)圖5）。
 
圖5 垂向模態(tài)分析結(jié)果
 
零件的動(dòng)態(tài)剛度現(xiàn)在如圖6所示。在500HZ-垂直彈跳模式-我們可以看到動(dòng)態(tài)剛度的顯著降低，這意味著傳遞率顯著降低。
 
圖6 兩種方案對(duì)比
 
圖7所示的在同樣的乘員艙內(nèi)噪聲測(cè)試結(jié)果表明，艙內(nèi)噪聲降低效果非常明顯，達(dá)到了8dB。
 
圖7 帶雙重隔振的結(jié)構(gòu)噪聲下降效果
 
案例2 橡膠瓣結(jié)構(gòu)
第二個(gè)案例與歐洲前三大原始設(shè)備制造商有關(guān)。相關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)為6缸發(fā)動(dòng)機(jī)，縱向即南北安裝。目標(biāo)是通過(guò)更好的變速箱安裝動(dòng)態(tài)剛度來(lái)提高nvh車輛的整體性能。我們與原始設(shè)備制造商聯(lián)合舉辦了技術(shù)研討會(huì)，以促進(jìn)創(chuàng)意的產(chǎn)生和知識(shí)共享。
原設(shè)計(jì)X向動(dòng)態(tài)性能見(jiàn)附圖8。
 
圖8 原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)X向動(dòng)態(tài)性能
 
動(dòng)態(tài)剛度曲線在1.250hz處出現(xiàn)峰值，900hz后曲線開(kāi)始增大。
 
改善Trelleborg零件X向動(dòng)態(tài)性能的基本思路是在原始設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，在剪切元件上添加一些非常簡(jiǎn)單的附加橡膠質(zhì)量-“橡膠瓣”（參見(jiàn)圖9）。
 
圖9 非常簡(jiǎn)單的附加橡膠質(zhì)量-“橡膠瓣”
 
這些“橡膠瓣”表現(xiàn)為小的動(dòng)態(tài)阻尼器，通過(guò)有限元仿真可以很容易地調(diào)整其形狀，從而有針對(duì)性地提高懸置的動(dòng)態(tài)剛度。Trelleborg有限元分析團(tuán)隊(duì)可以使用ABAQUS軟件，如圖10所示。
 
圖10 對(duì)“橡膠瓣”的行為進(jìn)行建模和分析結(jié)果
 
當(dāng)我們觀察“橡膠襟翼”的第一模態(tài)形狀時(shí)，我們可以看到它們?cè)趚方向上的貢獻(xiàn)。因此，我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)新的設(shè)計(jì)w提供x方向的動(dòng)態(tài)剛度與一個(gè)重大的改善開(kāi)始在800HZ（見(jiàn)圖11）。
 
圖11 帶橡膠瓣的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)剛度的改善效果
 
這種800HZ以上的改進(jìn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了400HZ到800HZ之間更高的動(dòng)態(tài)剛度，并提供了更好的整車nvh性能。這一設(shè)計(jì)原則已獲得oem和trelleborg的聯(lián)合專利，適用于多種動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)。
 
這個(gè)例子和下面的一個(gè)例子表明，少量的增加一些橡膠，我們可以顯著提高我們的零件動(dòng)態(tài)性能，我們可以通過(guò)有限元分析調(diào)整我們的設(shè)計(jì)，以滿足客戶的期望。
 
案例3-橡膠環(huán)
第三個(gè)案例與歐洲前三大原始設(shè)備制造商有關(guān)。相關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)為4缸發(fā)動(dòng)機(jī)，橫向安裝。動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)是一個(gè)4點(diǎn)系統(tǒng)，具有左側(cè)（LHS）、下部扭矩桿（LTR）、右側(cè)（RHS）和上部扭矩桿（UTR）。問(wèn)題是通過(guò)改善trelleborg部件的徑向動(dòng)態(tài)剛度來(lái)提高車輛的整體NVH性能。技術(shù)問(wèn)題是RHS和UTR之間潛在的模態(tài)對(duì)準(zhǔn)。
 
圖12 主簧模態(tài)
 
X方向動(dòng)態(tài)剛度-車輛的前后-顯示接近800HZ的主簧模態(tài)，在該方向上與UTR模態(tài)潛在的模態(tài)耦合。目標(biāo)是將這些模態(tài)彼此分離，防止模態(tài)耦合。因此，我們?cè)谥鲝椈缮显黾恿艘粋€(gè)橡膠圈，以改變主彈簧第1模態(tài)的固有頻率。所附圖13顯示了分兩步增加附加質(zhì)量，從而降低共振頻率的效果。
 
圖13 分步增加附加質(zhì)量，從而降低共振頻率的效果
 
我們可以看到，在部件層面，我們消除了模態(tài)耦合風(fēng)險(xiǎn)，我們能夠通過(guò)白車身測(cè)量來(lái)證實(shí)這一點(diǎn)。下面的圖14顯示了白車身測(cè)量設(shè)置與上扭矩桿（藍(lán)色）和右側(cè)（紅色）。我們測(cè)量了白車身加速度和發(fā)動(dòng)機(jī)支架加速度的比值。該測(cè)量值代表了RHS底座的傳遞率。
 
圖14 測(cè)點(diǎn)布置
 
圖15 方案效果比較
 
我們從圖15可以看到，我們改善了700HZ和1700HZ之間的傳遞率，因此提高了總的汽車nvh性能使用一個(gè)非常簡(jiǎn)單的成本效益的特點(diǎn)，并增加了少量一些橡膠。
 
這第三個(gè)案例顯示了我們可以在液壓懸置上進(jìn)行改進(jìn)，以提高其傳遞能力。為了支持這一點(diǎn)，我們必須有一個(gè)精確的有限元模擬過(guò)程，包括乙二醇的貢獻(xiàn)b）合適的測(cè)試設(shè)備能夠測(cè)量高達(dá)2000HZ的頻率，這比市場(chǎng)上現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試設(shè)備能夠達(dá)到的頻率要高c）具備充分整車NVH測(cè)量能力。
 
Trelleborg開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于ABAQUS軟件的有限元模擬過(guò)程，以計(jì)算高達(dá)2000Hz的動(dòng)態(tài)剛度，精度很高，如下面的相關(guān)圖16、17所示。
 
圖16 有限元分析模型
 
圖17 測(cè)試與仿真對(duì)比
 
trelleborg還開(kāi)發(fā)和建造了自己的測(cè)試設(shè)備（圖18），用于在預(yù)加載或不預(yù)加載的情況下測(cè)量高達(dá)2000赫茲的高頻動(dòng)態(tài)剛度。
 
圖18 高頻動(dòng)態(tài)剛度測(cè)試設(shè)備
 
Trelleborg還具有完整的車輛NVH測(cè)量能力（圖19），包括帶Dyno的消聲室、2柱振動(dòng)篩和所有必要的硬件和軟件，以測(cè)量和處理振動(dòng)和噪聲，包括聲品質(zhì)。
 
圖19 測(cè)試能力
 
案例4-防振控制
所有這些例子都是使用簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)高效的設(shè)計(jì)特性來(lái)管理高頻問(wèn)題。Trelleborg還開(kāi)發(fā)了一種最先進(jìn)的技術(shù)，可以在一個(gè)較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)管理特定車輛點(diǎn)的特定振動(dòng)問(wèn)題，我們稱之為主動(dòng)振動(dòng)控制（見(jiàn)圖20）。
 
它使我們能夠通過(guò)減少各種客戶輸入來(lái)提高駕駛員和乘客的舒適性，例如：
 
- 座椅導(dǎo)軌振動(dòng)
- 方向盤振動(dòng)
- 內(nèi)部總聲壓級(jí)
 
AVC還可以用于車輛聲音質(zhì)量的主動(dòng)調(diào)諧。
 
AVC產(chǎn)生受控振動(dòng)-開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制-目標(biāo)是消除發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)（見(jiàn)附件方案）。因此，我們可以最大限度地減少內(nèi)部噪音和振動(dòng)沒(méi)有任何nvh妥協(xié)。
 
圖20 AVC主動(dòng)振動(dòng)控制系統(tǒng)
 
AVC包括a）執(zhí)行器組件b）電子單元c）在閉環(huán)系統(tǒng)的情況下的誤差傳感器。
 
圖21 AVC組成
 
AVC控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)。它可以集成在avc組件中，也可以是獨(dú)立的。
 
圖 22 AVC控制系統(tǒng)工作環(huán)境要求
 
下面的圖片描述了AVC驅(qū)動(dòng)器的基本組成和力輸出。值得注意的是，該設(shè)計(jì)是完全可擴(kuò)展的，在NVH要求，成本重量和大小之間達(dá)到完美平衡。
 
 
圖23 AVC驅(qū)動(dòng)器
 
最近，特瑞堡與美國(guó)一家汽車制造商合作，開(kāi)發(fā)了一款演示車，以量化我們通過(guò)使用特瑞堡AVC系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的全球NVH改進(jìn)。在下面的圖24中，我們可以看到，我們可以改善5至20分貝（a）的內(nèi)部噪音取決于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍。這是一個(gè)顯著的改進(jìn)，有助于改善駕駛員和乘客的舒適性。
 
 
圖24 AVC的降噪效果
 
結(jié)論
汽車市場(chǎng)面臨越來(lái)越多的高頻噪聲和振動(dòng)問(wèn)題，因?yàn)樵荚O(shè)備制造商的目標(biāo)是提高汽車的整體nvh性能。
 
為了解決這些問(wèn)題，Trelleborg開(kāi)發(fā)并驗(yàn)證了各種工具和流程，以設(shè)計(jì)到高頻，并可以提出一整套解決方案，從簡(jiǎn)單的成本效益高的設(shè)計(jì)，附加橡膠塊作為動(dòng)態(tài)阻尼器，到更復(fù)雜的產(chǎn)品，如主動(dòng)振動(dòng)控制系統(tǒng)。
 
 
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