汽车车门敲击异响风险预测

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汽车车身异响(Squeak&Rattle)是用户感知到的异常短促噪声,也是影响车辆感知NVH性能的主要因素之一。多年的研究以及电动汽车的普及已经大大降低了汽车的整体噪声水平,使得这类间歇性的异常噪声变得更为突出。敲击异响(Rattle)是一种碰撞引起的声学现象,而碰撞是发生在元件之间的有短暂接触损失的相对运动。解决敲击异响问题的“寻找-修复”传统方法通常很耗时并导致巨额成本,而在汽车正向开发阶段预测敲击异响问题的可用工具和方法还不够成熟。为此,本文提出了一种适用于任何复杂连续弹性体结构的敲击异响问题的快速预测方法,并将该方法应用于某乘用车车门的敲击异响风险预测。本文首先分析了敲击异响的产生机理和特点,把连续弹性体结构的敲击力看成系统外部的二次激励力,保留了主体系统的线性特性。为了获得敲击二次激励力,假设敲击力脉冲波形是半个周期的正弦波,并分别采用赫兹接触模型和接触点的原点传递函数来表达敲击材料对的接触力学性质和结构在敲击部位的阻抗性质,以此推导了单个连续弹性体碰撞固定挡块以及两个连续弹性体相互碰撞的等效碰撞力模型。为了验证等效碰撞力模型,设计了悬臂梁碰撞固定力锤的碰撞实验,并设置了3种材料对、不同谐波激励频率和初始间隙下的36个实验工况。实验结果表明:等效碰撞力模型预测的碰撞力峰值和冲量与实验值吻合较好,而预测的持续时间要小于实验值;其误差主要源自敲击力脉冲假设波形与实际波形的差异,因此提出了敲击力脉冲波形的修正方法,修正后的力脉冲波形与实测波形更接近,从而使预测力脉冲的持续时间也与实测值十分接近。根据敲击振动的局部非线性特点,结合本文提出的等效碰撞力模型,将碰撞系统的非线性环节处理为主体线性系统的反馈环节,提出了一种快速预测碰撞振动响应的反馈计算方法,并用实验验证了该方法的有效性;为提高异响风险评估效率,提出用表面法向振动特征量ANVL来表征结构的声辐射大小,并以此来划分和评估异响风险等级。通过虚拟实验的方法,研究了悬臂梁振动特征量ANVL与参考点辐射声压级之间的关系。结果表明两者存在明显的线性相关性,其相关系数达0.9995。最后将等效碰撞力模型、反馈计算方法以及异响风险评估方法应用于某乘用车车门敲击异响风险预测。研究制定了该车门的异响评估标准,预测某工况下车门的ANVL为53.4d B,并评估其异响风险等级为严重,与车门辐射声场仿真计算的评估结果一致。该车门有限元模型自由度规模达到959990,采用普通微型计算机完成异响风险评估共耗机时11076秒。实际应用表明,本文提出的车门异响风险预测方法在效率和精度方面都可满足实际工程应用需要。
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