汽车车身噪声振动控制中的支架问题及NVH控制

1.支架的分类

车身上的支架非常多，外界系统通过支架与车身的连接。例如，发动机通过悬置支架与纵梁或者横梁连接，或者与副车架连接；排气管通过挂钩与车身连接；电池通过支架安装在车身上；后视镜通过支架与车身或者车门连接；电动机通过支架与车身连接；等等。

本书将车身支架分成两大类：强激励支架和弱激励支架。

强激励支架是指那些与动力总成激励密切相关，而且产生噪声振动问题频次比较高的支架。强激励支架包括动力总成悬置的支架和排气挂钩。因为这些支架直接受到发动机的强烈激励，经常会带来严重的噪声振动问题，所以在设计时要给予这些支架特别多的关注。

弱激励支架是指那些与动力总成的激励没有直接关系或者关系不是很大，而且产生噪声振动问题频次不是很高的支架。弱激励支架又分成两类。第一类是与动力激励有关的支架，包括空气滤清器支架、谐振腔支架、油管支架等。动力系统会激励到这些支架，但是与悬置支架那种受到强烈的激励相比，它们受到的激励比较弱。如空气滤清器支架受到进气系统内部气流脉冲的作用而产生振动，油管支架受到输油管内燃油的脉冲激励而将振动传递到车身，但是激励力相对比较弱。第二类是与动力激励没有直接关系的支架，包括电池支架、后视镜支架、空调管支架、线束支架等。这些支架主要承受来自路面的激励，或者间接地受到动力系统的激励。弱激励支架受到的激励虽然小，但是有时候带来的问题不能忽视，比如油管振动会激励起车身地板振动并产生车内噪声，怠速时，噪声会增加1～3dB；后视镜的支架弱时，它会发抖，影响视线。所以绝不能忽视这些支架的NVH控制。

2.支架的噪声振动问题

支架是其他系统与车身之间的连接“桥梁”，同时，也成为噪声振动源传递的一个“通道”，会带来三类噪声振动问题。

第一类问题是支架自身的结构模态被激励起来，成为振动传递的“通道”。比如发动机悬置支架的模态频率是300Hz，当一个四缸发动机在4500r/min激励时，其四阶激励频率是300Hz，支架就可能发生共振，并将它传递到车身结构上，形成车内共振。

第二类问题是支架辐射噪声。当支架设计得类似于板结构时，它会直接发出声音而向四周传播，如发动机支架就可以直接发出空气声。

第三类问题是支架与相连接的部件构成一个独立的系统而产生共振，支架类似于弹簧，而其他系统类似于质量，它们构成了一个“弹簧-质量”系统，会带来共振问题。例如，电池和电池支架就构成一个“弹簧-质量”系统。当外界的激励（如路面激励或者发动机激励）频率与这个“弹簧-质量”系统频率一致时，“系统”共振，而将振动传递到车身。

3.支架的设计原则

设计一个好的支架，以满足NVH要求，需要遵循以下四个原则：

第一原则是使它避开主要的激励频率。比如四缸发动机的主要激励阶次是2阶和4阶，在6000r/min时，4阶的激励频率是400Hz。为了设计保险起见，动力总成悬置支架的频率要高于激励频率的20%，所以支架频率设定为480Hz。

图3-88a为一个发动机悬置支架，频率为300Hz。在4500r/min时，这个支架的频率与发动机4阶的激励频率发生共振，并在车内产生了轰鸣声。修改支架设计，如图3-88b所示，支架频率提高到520Hz，避开了发动机的激励，支架共振消除，车内轰鸣声也消除了。(www.xing528.com)

图3-88 发动机悬置支架

图3-89 悬臂梁支架

第二原则是尽可能避免长支架。支架就像一根悬臂梁，如图3-89a所示。要提高这根悬臂梁的频率，有两种方法：第一，加支撑以支起它的最远端，如图3-89b所示；第二，在支架上冲筋。

第三原则是支架与车身连接点的数量和分布合理。安装点不足会导致系统的整体刚度低。图3-90给出了转向管梁支撑与A柱的连接方式：图a中只有两点连接，图b中有三点连接，显然，图a的连接刚度不足。

图3-90 转向管梁支撑与A柱的连接

如果有三个连接点，就必须使其分布成三角形，避免它们在一根直线上或者接近直线。图3-91a表示一个悬置支架，上面有三个安装点，但是三点几乎在一条直线上，这会导致支架刚度不足。图3-91b中支架的三个安装点呈三角形，因此这个支架的安装刚度高。

图3-91 支架安装点

第四原则是支架一定要安装在车身结构强的地方，即车身原点动刚度大的地方，比如纵梁或地板横梁上。关于原点动刚度（IPI）的概念，请参阅第五章“车身灵敏度分析与控制”。支架不能安装在结构弱的地方，比如排气挂钩不能安装在地板上。