1 概述

       随着汽车技术的不断推陈出新，汽车NVH特性成为评价汽车综合性能的重要指标，越来越受到汽车厂商和客户的重视。背门作为SUV、MPV车型的重要部件，其抖动将直接影响整车NVH性能。

       本文以某SUV车型为研究对象，其以16-18km/h的速度行驶在搓板路时，背门局部（放置汽车牌照位置）存在抖动现象。针对此问题，基于HyperMesh建立整车有限元模型，进行背门抖动的控制分析。

2 车内结构振动响应

       复杂系统受多种激励作用，每种激励都可能通过不同的路径，传递到响应点。假设一辆汽车受m个激振力作用，每个激振力都有x，y，z三个方向分量（下面分别用k=1，2，3表示），每一激振力都对应着n个特定传递路径，那么这个激振力分量和对应的某个传递路径就产生一个响应分量。以车内振动作为系统响应，这个振动分量可以表示为：

       其中H_mnk(w)是传递函数，F_nk(w)是激振力的频谱。

       车内振动受某个激振力作用，传递过来的所有振动成分之和为：

       车内振动受所有激振力作用，传递过来的所有振动成分之和为：

       激振力是路面激励，背门振动响应对应的传递路径为轮胎→悬架→车身→背门。

3 路面激励下背门抖动原因分析

       引起背门抖动的主要原因有：结构设计因素，密封条、缓冲块位置和数量，线束布置等。

       本文着重从优化结构设计的角度出发解决背门抖动问题。

       3.1 主要分析工况

       路面激励由轮胎传递到整车各部件，激励加载位置为轮胎中心。路面激励方向主要是沿上下Z向和前后X向，根据激励的不同，分为以下8个工况进行背门抖动分析。

图1 路面激励分析工况示意图

       3.2 响应点位置确定

       根据路试中背门抖动严重的部位，将下图中标识的六个位置作为背门振动响应的测量点。考虑到背门结构的对称性，只需要考察A/B/C/D四点沿前后方向的振动响应情况。

图2 背门响应点位置

       3.3 传递函数分析

       针对上述8个工况，取激励大小为1N，定性评价不同工况对背门振动响应的影响。结果如下：

图3 各工况背门的响应

       可以看出，(1)背门模型峰值位置在24Hz处；(2)背门前后方向的振动对X方向的激励较敏感，X方向的激励是引起背门抖动的主要原因；(3)工况7引起的背门抖动最大，背门内板局部振动（D点）最明显。下文将重点评估工况7，背门内板局部振动响应。

4 故障诊断及结构优化

       4.1 基于模态贡献量分析的故障诊断

       以工况7为例，进一步对背门抖动原因进行分析，运用模态贡献量诊断方法，研究影响背门抖动的主要模态成分。参数输出如图4所示：背门最大振动发生在频率24Hz处，其中第46阶模态占比66%，为背门弯曲模态。

图4 背门响应点模态贡献量分析结果

       1）通过模态分析的方法考察弯曲模态的应变能分布，应变能较高的位置则刚度较低，可以通过提高这些位置的刚度来提高背门整体的弯曲刚度。背门外板应变能分布见图5，背门中部两处位置应变能较为集中。

       2）通过模态振型查看背门弯曲模态内外板之间的相对运动状态，发现背门内外板在牌照附近的相对振动较大，需加强支撑。

图5 背门外板应变能分布

       4.2 结构优化及结果验证

       通过提高背门一阶弯曲模态的方法，降低背门振动响应。结合背门应变能和背门模态振型特征进行分析，提出如图6优化方案：（1）增加背门外板加强件，厚度1.2mm；（2）增加内外板之间的支撑件，厚度0.7mm。

图6 背门结构优化示意图

图7 优化前后响应点振动响应

       经过优化，背门内板最大幅值对应频率由24Hz提高到25.5Hz，对应响应幅值降低35%，见图7。同时，其他工况各响应点的振动在优化后都有不同程度的改善。针对优化后的背门，做进一步实车路试验证，试验结果表明：在搓板路面背门振动的主观感受不明显，问题得到解决。

5 结论

       针对搓板路面背门抖动问题进行了研究，本文从结构优化角度提出解决背门抖动问题的一般控制方法。利用传递函数分析的方法研究引起背门抖动的敏感激励方向，以及背门抖动主要发生的位置区域；通过模态贡献量分析，找出对背门振动响应峰值贡献最大的模态。针对贡献量最大的模态，结合背门应变能和背门模态振型提出结构优化方法，最后针对改进措施进行验证，结果表明改进措施能够较好地降低背门抖动异响。本文的研究方法能够应用于其他车型和路试标准，为解决背门抖动问题提供工程参考。