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Trelleborg针对日益增长的高频噪声和振动问题的创新解决方案
2019-09-11 17:04:07· 来源：汽车NVH云讲堂
摘要在本文中，我们将提出各种各样的解决方案，以管理日益增长的高频噪声和振动问题。这些解决方案从要求非常精确的模拟和测试能力的非常简单和经济高效的设计功
摘要
在本文中，我们将提出各种各样的解决方案，以管理日益增长的高频噪声和振动问题。这些解决方案从要求非常精确的模拟和测试能力的非常简单和经济高效的设计功能，到更复杂的产品，如主动振动控制组件。
前言
全球汽车工业多年来一直要求在车辆噪声振动和平顺性性能方面不断改进。因此，对动力总成悬置系统的性能要求不断提高，对高频问题的研究也越来越受到重视。在这篇文章中，我们将介绍几个与Trelleborg必须处理的高频问题相关的案例，我们将看到Trelleborg可以提供非常简单和经济高效的解决方案，以及非常有效的创新技术，如主动振动控制。
主要内容
案例1 双隔振结构
第一个案例与欧洲前三大原始设备制造商有关。相关发动机为6缸发动机，横向安装。问题是在2档节气门全开时，21档和42档链条发出呜呜声。在图1中，我们可以看到21阶和42阶对车内噪声的贡献（dB（A）vs RPM/Hz）。
图1 我们可以看到，第21个阶次的贡献从500HZ到2000HZ以上
在Trelleborg部分完成的动态刚度测量显示，共振峰值为1000HZ（见图2）。
图2 动态刚度测试结果
在1800HZ之后，共振峰和动态刚度会增加，这将与发动机激励耦合，因此会产生很高的内部噪音，如我们在图1中看到的。我们可以在图3看到发动机激励和左侧动态刚度之间的耦合频率范围。
图3 发动机激励和左侧动态刚度之间的耦合频率范围
为了显著减少激励与lhs安装响应之间的耦合，trelleborg建议使用双重隔离概念重新设计零件。该概念是在橡胶主弹簧（第一隔离层）上添加整个部件的第二隔离层。因此，该部件通过压装在Trelleborg部件中的橡胶密封圈组装到车身上（见图4）。
图4 带双重隔离装置的悬置
有了这个双重隔离装置，整个组件的垂直弹跳模式接近500HZ（见图5）。
图5 垂向模态分析结果
零件的动态刚度现在如图6所示。在500HZ-垂直弹跳模式-我们可以看到动态刚度的显著降低，这意味着传递率显著降低。
图6 两种方案对比
图7所示的在同样的乘员舱内噪声测试结果表明，舱内噪声降低效果非常明显，达到了8dB。
图7 带双重隔振的结构噪声下降效果
案例2 橡胶瓣结构
第二个案例与欧洲前三大原始设备制造商有关。相关发动机为6缸发动机，纵向即南北安装。目标是通过更好的变速箱安装动态刚度来提高nvh车辆的整体性能。我们与原始设备制造商联合举办了技术研讨会，以促进创意的产生和知识共享。
原设计X向动态性能见附图8。
图8 原设计结构的动态X向动态性能
动态刚度曲线在1.250hz处出现峰值，900hz后曲线开始增大。
改善Trelleborg零件X向动态性能的基本思路是在原始设计的基础上，在剪切元件上添加一些非常简单的附加橡胶质量-“橡胶瓣”（参见图9）。
图9 非常简单的附加橡胶质量-“橡胶瓣”
这些“橡胶瓣”表现为小的动态阻尼器，通过有限元仿真可以很容易地调整其形状，从而有针对性地提高悬置的动态刚度。Trelleborg有限元分析团队可以使用ABAQUS软件，如图10所示。
图10 对“橡胶瓣”的行为进行建模和分析结果
当我们观察“橡胶襟翼”的第一模态形状时，我们可以看到它们在x方向上的贡献。因此，我们实现了一个新的设计w提供x方向的动态刚度与一个重大的改善开始在800HZ（见图11）。
图11 带橡胶瓣的结构动态刚度的改善效果
这种800HZ以上的改进远远超过了400HZ到800HZ之间更高的动态刚度，并提供了更好的整车nvh性能。这一设计原则已获得oem和trelleborg的联合专利，适用于多种动力总成悬置系统。
这个例子和下面的一个例子表明，少量的增加一些橡胶，我们可以显著提高我们的零件动态性能，我们可以通过有限元分析调整我们的设计，以满足客户的期望。
案例3-橡胶环
第三个案例与欧洲前三大原始设备制造商有关。相关发动机为4缸发动机，横向安装。动力总成悬置系统是一个4点系统，具有左侧（LHS）、下部扭矩杆（LTR）、右侧（RHS）和上部扭矩杆（UTR）。问题是通过改善trelleborg部件的径向动态刚度来提高车辆的整体NVH性能。技术问题是RHS和UTR之间潜在的模态对准。
图12 主簧模态
X方向动态刚度-车辆的前后-显示接近800HZ的主簧模态，在该方向上与UTR模态潜在的模态耦合。目标是将这些模态彼此分离，防止模态耦合。因此，我们在主弹簧上增加了一个橡胶圈，以改变主弹簧第1模态的固有频率。所附图13显示了分两步增加附加质量，从而降低共振频率的效果。
图13 分步增加附加质量，从而降低共振频率的效果
我们可以看到，在部件层面，我们消除了模态耦合风险，我们能够通过白车身测量来证实这一点。下面的图14显示了白车身测量设置与上扭矩杆（蓝色）和右侧（红色）。我们测量了白车身加速度和发动机支架加速度的比值。该测量值代表了RHS底座的传递率。
图14 测点布置
图15 方案效果比较
我们从图15可以看到，我们改善了700HZ和1700HZ之间的传递率，因此提高了总的汽车nvh性能使用一个非常简单的成本效益的特点，并增加了少量一些橡胶。
这第三个案例显示了我们可以在液压悬置上进行改进，以提高其传递能力。为了支持这一点，我们必须有一个精确的有限元模拟过程，包括乙二醇的贡献b）合适的测试设备能够测量高达2000HZ的频率，这比市场上现有的标准测试设备能够达到的频率要高c）具备充分整车NVH测量能力。
Trelleborg开发了一个基于ABAQUS软件的有限元模拟过程，以计算高达2000Hz的动态刚度，精度很高，如下面的相关图16、17所示。
图16 有限元分析模型
图17 测试与仿真对比
trelleborg还开发和建造了自己的测试设备（图18），用于在预加载或不预加载的情况下测量高达2000赫兹的高频动态刚度。
图18 高频动态刚度测试设备
Trelleborg还具有完整的车辆NVH测量能力（图19），包括带Dyno的消声室、2柱振动筛和所有必要的硬件和软件，以测量和处理振动和噪声，包括声品质。
图19 测试能力
案例4-防振控制
所有这些例子都是使用简单、经济高效的设计特性来管理高频问题。Trelleborg还开发了一种最先进的技术，可以在一个较宽的转速范围内管理特定车辆点的特定振动问题，我们称之为主动振动控制（见图20）。
它使我们能够通过减少各种客户输入来提高驾驶员和乘客的舒适性，例如：
- 座椅导轨振动
- 方向盘振动
- 内部总声压级
AVC还可以用于车辆声音质量的主动调谐。
AVC产生受控振动-开环或闭环控制-目标是消除发动机振动（见附件方案）。因此，我们可以最大限度地减少内部噪音和振动没有任何nvh妥协。
图20 AVC主动振动控制系统
AVC包括a）执行器组件b）电子单元c）在闭环系统的情况下的误差传感器。
图21 AVC组成
AVC控制系统具有以下特点。它可以集成在avc组件中，也可以是独立的。
图 22 AVC控制系统工作环境要求
下面的图片描述了AVC驱动器的基本组成和力输出。值得注意的是，该设计是完全可扩展的，在NVH要求，成本重量和大小之间达到完美平衡。
图23 AVC驱动器
最近，特瑞堡与美国一家汽车制造商合作，开发了一款演示车，以量化我们通过使用特瑞堡AVC系统可以实现的全球NVH改进。在下面的图24中，我们可以看到，我们可以改善5至20分贝（a）的内部噪音取决于发动机转速范围。这是一个显著的改进，有助于改善驾驶员和乘客的舒适性。
图24 AVC的降噪效果
结论
汽车市场面临越来越多的高频噪声和振动问题，因为原始设备制造商的目标是提高汽车的整体nvh性能。
为了解决这些问题，Trelleborg开发并验证了各种工具和流程，以设计到高频，并可以提出一整套解决方案，从简单的成本效益高的设计，附加橡胶块作为动态阻尼器，到更复杂的产品，如主动振动控制系统。
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