图 1 原变速器支撑梁-谐振块结构
优化方案
对变速器支撑梁固定在车身上的四个点使用SPC 全约束方法,仿真分析零件约束模态
[2]
。经多次结构优化,新方案在安装点不变前提下,采用 4mm 左右冲压板与 3mm 中间圆管梁
拼焊的结构(如图 2),仿真分析约束模态 359Hz(如图 3),较原方案 3mm 上、下板冲压拼焊结构的 270Hz 仿真分析结果(如图 4)模态提高 33%;新方案变速器支撑梁重量 4.7kg,较原带谐振块方案重量降低 45%,满足在提高结构模态同时降低系统重量的要求。
图 2 新方案变速器支撑梁结构
图 3 新方案约束模态仿真值(359Hz)
图 4 原方案约束模态仿真值(270Hz)
测试验证
为对比验证新方案变速器支撑梁与原变速器支撑梁带谐振块状态 NVH 水平表现,在同一车辆上对两种变速器支撑梁状态进行换装,并就怠速开关空调、三档全油门加速、三档带档 滑行三种典型工况测试验证。
怠速开关空调工况
变速器支撑梁状 态 | 新状态 | 原状态 | 新状态-原状 态 | 新状态 | 原状态 | 新状态-原 状态 | |
工况 | 怠速关 | 怠速开 | | ||||
驾右 dB(A) | 41.8 | 42.5 | -0.7 | 47.4 | 48.2 | -0.8 | |
副左 dB(A) | 41.3 | 41.3 | 0.0 | 47.8 | 47.5 | 0.3 | |
后左 dB(A) | 43.0 | 43.8 | -0.8 | 47.7 | 49.3 | -1.6 | |
后右 dB(A) | 42.9 | 44.1 | -1.2 | 48.3 | 50.0 | -1.7 | |
经测试,怠速开关空调工况下新状态变速器支撑梁比原变速器支撑梁带谐振块状态整体 车内噪声小 0~1.7dB(A),新方案车内噪声表现优于原方案,测试结果如表 1 所示:
表 1 怠速开关空调工况车内噪声对比
三档全油门加速工况
0
0
0
0
0
Pa dB(A)
Amplitude
经测试,三档全油门加速工况下,新状态变速器支撑梁与原变速器支撑梁带谐振块状态 车内噪声水平相当,新状态变速器支撑梁振动比原状态变速器支撑梁带谐振块状态振动小0~0.14g,但因新状态变速器支撑梁较原支撑梁带谐振块状态质量大幅降低,新状态较原状 态支撑梁传递到车身端的振动略大,测试结果如下图 5、6 所示:
图 5 三档全油门加速工况车内噪声对比
g Real (RMS)
Amplitude
图 6 三档全油门加速工况车身振动对比
三档带档滑行工况
0
0
0
Pa dB(A)
Amplitude
经测试,三档带档滑行工况下,新状态变速器支撑梁与原变速器支撑梁带谐振块状态车 内噪声水平相当,新状态变速器支撑梁振动比原状态变速器支撑梁小 0~0.16g,但因新状态变速器支撑梁较原支撑梁带谐振块状态质量大幅降低,新状态较原状态支撑梁传递到车身 端的振动略大,测试结果如下图 7、8 所示:
图 7 三档带档滑行工况车内噪声对比
g Real (RMS)
Amplitude
图 8 三档带档滑行工况车身振动对比
经测试验证,三种典型工况下,新状态变速器支撑梁 NVH 表现水平与原支撑梁带谐振块状态表现接近,主观评价两种支撑梁在其它工况下振动与噪声水平相当,实现了变速器支撑 梁结构的减重、降本设计目标。
结论
综上所述,利用有限元工具设计并提升零件模态,并辅以 NVH 测试验证的方法有效。在进行零部件优化设计同时兼顾零部件功能与性能表现、系统重量、成本,可以在产品先期方 案设计时一定程度上规避产品开发风险,对开发其他变速器支撑梁具有参考意义。
参考文献:
[1]庞剑,谌刚,何华.汽车噪声与振动-理论与应用[M].北京:北京理工大学出版社,2006 [2]HyperWorks10.0 User’s Manual [M].2010.