某車型整車噪聲源識(shí)別與優(yōu)化試驗(yàn)研究＊

蘇世榮 周偉

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，合肥 230601）

某車型整車噪聲源識(shí)別與優(yōu)化試驗(yàn)研究＊

蘇世榮 周偉

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，合肥 230601）

針對(duì)某B級(jí)轎車勻速行駛工況車內(nèi)噪聲大的問題，采用試驗(yàn)與CAE分析相結(jié)合的方法對(duì)車內(nèi)噪聲源進(jìn)行綜合識(shí)別，得到其主要噪聲源及主要噪聲頻段，提出優(yōu)化輪胎花紋結(jié)構(gòu)、增加動(dòng)力吸振器消除副車架共振模態(tài)、優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)和增加阻尼墊的改進(jìn)方案。改進(jìn)前、后分別進(jìn)行了整車NVH試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，改進(jìn)后勻速行駛工況車內(nèi)噪聲降低3.2 dB（A）。

1 前言

根據(jù)結(jié)構(gòu),汽車的噪聲與振動(dòng)可分為動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、車身與整車的噪聲與振動(dòng)，按噪聲源主要分為發(fā)動(dòng)機(jī)、進(jìn)、排氣系統(tǒng)和輪胎的噪聲與振動(dòng)[1]。噪聲與振動(dòng)經(jīng)由車身、橡膠件、玻璃、車門等傳入人耳引起人體不適?？焖倬_地確定噪聲源并有針對(duì)性地進(jìn)行優(yōu)化，是降低汽車噪聲的關(guān)鍵[2～3]。

針對(duì)某B級(jí)轎車勻速行駛工況車內(nèi)聲壓級(jí)偏高的問題，對(duì)各主要部件進(jìn)行頻譜分析或聲壓級(jí)測(cè)量，識(shí)別了噪聲源，分析了各種噪聲產(chǎn)生機(jī)理及傳遞路徑，提出了修改輪胎花紋結(jié)構(gòu)、后副車架增加動(dòng)力吸振器、優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)以及后地板增加阻尼墊等優(yōu)化方案，降低了勻速車內(nèi)噪聲。

2 噪聲源識(shí)別

2.1 研究對(duì)象

研究對(duì)象為搭載1.8 L汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的某B級(jí)轎車，其相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 對(duì)象車輛主要技術(shù)參數(shù)

2.2 車輛噪聲現(xiàn)狀

采用LMS測(cè)試系統(tǒng)對(duì)對(duì)象車輛和標(biāo)桿車分別進(jìn)行低、中、高速勻速行駛工況車內(nèi)噪聲信號(hào)采集和數(shù)據(jù)分析，3種工況典型代表車速分別為40 km/h、80 km/h、120 km/h，車內(nèi)各測(cè)量點(diǎn)聲壓級(jí)見表2。與標(biāo)桿車相比，對(duì)象車輛車內(nèi)噪聲平均偏大約1.8 dB（A），其中低、中速工況平均偏大約2.7 dB（A）。

表2 勻速車內(nèi)噪聲

2.3 噪聲源識(shí)別

勻速行駛工況車內(nèi)主要噪聲源有發(fā)動(dòng)機(jī)、進(jìn)、排氣系統(tǒng)、輪胎和車身等[4～5]。發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲包括輻射噪聲和振動(dòng)噪聲：輻射噪聲穿過前圍板、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、前風(fēng)窗玻璃等，通過空氣傳遞至車身；振動(dòng)經(jīng)由懸置衰減后傳遞至車身，引起車身的振動(dòng)、噪聲問題。進(jìn)、排氣系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲包括管口輻射噪聲、殼體輻射噪聲以及振動(dòng)噪聲：輻射噪聲經(jīng)由空氣傳遞至車身；振動(dòng)經(jīng)由吊耳等傳遞至車身，引起車身的振動(dòng)、噪聲問題。輪胎的噪聲包括輻射噪聲和振動(dòng)噪聲：輻射噪聲經(jīng)空氣、玻璃、側(cè)圍、車門等傳遞至車內(nèi)；輪胎振動(dòng)以及來自路面的沖擊經(jīng)由懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳遞至車身并引起相關(guān)振動(dòng)和噪聲問題[6]。車身是主要的傳遞路徑，控制好車身的隔音、噪聲傳遞函數(shù)（Noise Transfer Function，NTF）和氣密性有利于整車NVH水平的提高[7～8]。

分別從噪聲源、傳遞路徑方面對(duì)對(duì)象車輛的NVH問題進(jìn)行分解識(shí)別。

2.3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)輻射噪聲

在消聲室內(nèi)，分別在動(dòng)力總成的前、后、左、右、上、下方布置6個(gè)傳感器，對(duì)對(duì)象車輛和標(biāo)桿車進(jìn)行噪聲測(cè)量，如圖1所示。

輻射噪聲測(cè)量結(jié)果平均值見表3，對(duì)象車輛發(fā)動(dòng)機(jī)輻射噪聲與標(biāo)桿車相當(dāng)，且在設(shè)計(jì)目標(biāo)范圍內(nèi)。

2.3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)

對(duì)象車輛的動(dòng)力總成通過前、后、左、右4個(gè)懸置與車身、副車架連接。在各懸置前、后布置振動(dòng)傳感器評(píng)價(jià)動(dòng)力總成的振動(dòng)及懸置衰減水平。試驗(yàn)結(jié)果表明，動(dòng)力總成傳遞至車身、副車架的振動(dòng)符合設(shè)計(jì)要求，懸置的隔振率均達(dá)到20 dB（A）的水平。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)輻射噪聲試驗(yàn)

表3 發(fā)動(dòng)機(jī)輻射噪聲

2.3.3 進(jìn)、排氣系統(tǒng)的噪聲、振動(dòng)

對(duì)進(jìn)、排氣系統(tǒng)的管口噪聲進(jìn)行3擋全油門加速噪聲測(cè)量。試驗(yàn)結(jié)果表明，進(jìn)、排氣管口噪聲符合設(shè)計(jì)目標(biāo)要求，見圖2。

圖2 3擋全油門加速進(jìn)、排氣管口噪聲

對(duì)象車輛的排氣系統(tǒng)共有5個(gè)吊耳與車身連接，對(duì)每個(gè)吊耳排氣端、車身端的振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量。排氣吊耳的隔振率滿足大于15 dB（A）的要求，且傳遞至車身端的振動(dòng)符合設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。

2.3.4 輪胎的噪聲與振動(dòng)

輪胎輻射噪聲在消聲室的轉(zhuǎn)轂設(shè)備上采用轉(zhuǎn)轂帶動(dòng)車輪的方式進(jìn)行測(cè)量，見圖3。30～130 km/h的輪胎噪聲測(cè)量結(jié)果見圖4，噪聲值超過目標(biāo)要求，需對(duì)輪胎輻射噪聲進(jìn)行優(yōu)化。

圖3 輪胎輻射噪聲試驗(yàn)

圖4 30～130 km/h輪胎輻射噪聲

輪胎振動(dòng)對(duì)車內(nèi)噪聲的影響取決于輪胎衰減來自路面振動(dòng)的能力和衰減后的振動(dòng)經(jīng)由懸架傳遞至車身的水平。輪胎對(duì)于路面振動(dòng)衰減的能力，使用輪胎的振動(dòng)傳遞函數(shù)（Vibration Transfer Function，VTF）進(jìn)行衡量。在輪轂位置輸入激勵(lì)，輪胎外側(cè)拾取響應(yīng)進(jìn)行VTF測(cè)量，試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)象車輛輪胎的VTF水平與標(biāo)桿車相當(dāng)，且滿足設(shè)計(jì)要求，見圖5。

圖5 輪胎振動(dòng)傳遞特性

對(duì)象車輛的懸架通過6個(gè)連接點(diǎn)與車身裝配，如圖6所示，為驗(yàn)證輪胎振動(dòng)經(jīng)過懸架衰減傳遞至車身的振動(dòng)是否滿足要求，對(duì)懸架與車身的連接點(diǎn)進(jìn)行了振動(dòng)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，減振器、拉桿、車身的連接點(diǎn)1～連接點(diǎn)4滿足要求，但連接點(diǎn)5、6在150 Hz附近出現(xiàn)了明顯的波峰，連接點(diǎn)5的振動(dòng)特性如圖7所示。

連接點(diǎn)5、6的振動(dòng)出現(xiàn)異常的可能原因?yàn)楦避嚰艿哪B(tài)被激發(fā)或車身安裝點(diǎn)的動(dòng)剛度不足，因此，對(duì)副車架的模態(tài)和車身安裝點(diǎn)動(dòng)剛度進(jìn)行了測(cè)量。副車架Z向（整車坐標(biāo)系）一階彎曲模態(tài)頻率為145 Hz，與振動(dòng)被放大頻率相吻合，因此確定副車架連接點(diǎn)5、6振動(dòng)大的原因是副車架Z向一階彎曲模態(tài)被激發(fā)。

圖6 對(duì)象車輛后懸架及連接點(diǎn)

圖7 連接點(diǎn)5的Z向振動(dòng)特性

2.3.5 車身響應(yīng)特性

一般使用力錘敲擊，在乘員左、右耳處測(cè)量聲音得到NTF特性，用于衡量車身的低頻噪聲傳遞特性。分別在發(fā)動(dòng)機(jī)懸置、排氣吊耳、懸架安裝點(diǎn)處激勵(lì)并測(cè)量車身的NTF特性。結(jié)果顯示，懸置及排氣系統(tǒng)吊耳位置NTF不滿足55 dB（A）的設(shè)計(jì)要求，后懸架安裝點(diǎn)NTF也不滿足設(shè)計(jì)要求。其中，后地板的Z向一階振型頻率為120 Hz，橫向一階振型頻率為124 Hz，而車內(nèi)聲腔模態(tài)表現(xiàn)為一階垂向+橫向振型，振型及頻率與后地板的振動(dòng)特性相吻合。

在混響室內(nèi)對(duì)車輛進(jìn)行整車隔音試驗(yàn)，車外放置全指向聲源，在車內(nèi)前、后排人耳位置進(jìn)行噪聲測(cè)量。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4，對(duì)向車輛、標(biāo)桿車的隔音量分別為22.8 dB（A）和19.7 dB（A），對(duì)象車輛隔音性能明顯優(yōu)于標(biāo)桿車。

表4 車身隔音試驗(yàn)數(shù)據(jù) dB（A）

在車輛靜止?fàn)顟B(tài)下，對(duì)泄壓閥進(jìn)行封堵，向車內(nèi)注入氣體直至壓強(qiáng)達(dá)到125 kPa，測(cè)得車輛的泄漏量為3.41 m3，優(yōu)于標(biāo)桿車的3.74 m3。

由以上試驗(yàn)分析可知，勻速行駛工況車內(nèi)噪聲大的原因?yàn)檩喬ポ椛湓肼曔^大、副車架的振動(dòng)衰減不足、車輛的NTF特性偏大。

3 優(yōu)化措施

根據(jù)上述分析結(jié)論，先對(duì)輪胎的輻射噪聲進(jìn)行優(yōu)化，通過仿真計(jì)算優(yōu)化輪胎花紋結(jié)構(gòu)，車內(nèi)噪聲顯著降低，但仍然未達(dá)到標(biāo)桿車水平。再對(duì)副車架模態(tài)被激發(fā)的問題進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)了與副車架被激發(fā)模態(tài)頻率相同的動(dòng)力吸振器，衰減副車架被激發(fā)導(dǎo)致的振動(dòng)，優(yōu)化后整車噪聲進(jìn)一步降低，仍達(dá)不到標(biāo)桿車水平。最后對(duì)車輛NTF偏大的問題進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)車身局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)在后地板位置增加阻尼墊，后排車內(nèi)噪聲進(jìn)一步降低，達(dá)到標(biāo)桿水平，優(yōu)化結(jié)果見表5。

表5 優(yōu)化方案車內(nèi)噪聲

4 結(jié)束語

本文針對(duì)對(duì)象車輛勻速行駛工況車內(nèi)噪聲偏大的問題，通過試驗(yàn)測(cè)試和結(jié)構(gòu)分析，明確了其主要原因，通過對(duì)輪胎、副車架、車身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)車內(nèi)噪聲降低3.2 dB（A），取了得良好的降噪效果，達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)要求，且優(yōu)于標(biāo)桿車。

1 龐劍，諶剛，何華.汽車噪聲與振動(dòng)：理論與應(yīng)用.北京：北京理工大學(xué)出版社，2006.

2 李靜.基于偏相干分析的液力變速箱振動(dòng)噪聲性能研究：[學(xué)位論文].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2010.

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5 劉月輝，郝志勇，付魯華，等.車用發(fā)動(dòng)機(jī)表面噪聲的研究.汽車工程，2002，24（3）：213～216.

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（責(zé)任編輯 斛 畔）

修改稿收到日期為2016年9月19日。

第九屆國(guó)際汽車變速器及驅(qū)動(dòng)技術(shù)研討會(huì)（TMC2017）隆重召開

■ 本刊記者 寧紅

2017年4月20-21日由中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)（SAE-China）舉辦的第九屆國(guó)際汽車變速器及驅(qū)動(dòng)技術(shù)研討會(huì)（TMC2017）在上海舉行。本屆TMC2017有47個(gè)演講報(bào)告，700多位代表注冊(cè)，有55家單位的76個(gè)展位進(jìn)行產(chǎn)品和技術(shù)展示，參與單位涵蓋國(guó)內(nèi)外主要的整車變速器總成企業(yè)和零部件供應(yīng)商。本次研討會(huì)涉及到不同構(gòu)型的變速器和驅(qū)動(dòng)技術(shù)，包括變速控制、匹配等開發(fā)技術(shù)，混合專用變速器技術(shù)，電動(dòng)汽車單速、多速傳統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)集成等最新技術(shù)。同時(shí)還有關(guān)于中國(guó)自主品牌車企如何選擇混合動(dòng)力的中長(zhǎng)期技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略，電動(dòng)汽車多擋變速器的構(gòu)型選擇與技術(shù)挑戰(zhàn)的互動(dòng)討論。通過對(duì)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)及成果的介紹，剖析中國(guó)變速器及傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及解決方案，共同致力于推動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。

縱觀中國(guó)汽車節(jié)能與新能源發(fā)展趨勢(shì)，我們沒有理由不重視變速器技術(shù)和驅(qū)動(dòng)技術(shù)，不管是CVT、AT和DCT等傳統(tǒng)的變速器，要向高效率、多擋化發(fā)展；混合動(dòng)力的變速器將向?qū)I(yè)化方向發(fā)展；電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)向高效、低成本發(fā)展。因此，眾多企業(yè)如一汽、麥格納、舍弗勒、采埃孚、捷孚、博世、吉孚、上汽、廣汽、長(zhǎng)安、江淮等都對(duì)企業(yè)內(nèi)研究的變速器最新成果及進(jìn)展進(jìn)行了介紹，以盡快達(dá)到2020/2030年中國(guó)新車的整體油耗標(biāo)準(zhǔn)。

在中國(guó)自主品牌車企如何選擇混合動(dòng)力的中長(zhǎng)期技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略高層論壇中，國(guó)內(nèi)外受邀專家主要針對(duì)新興的48 V系統(tǒng)與中國(guó)市場(chǎng)的混合動(dòng)力兩大領(lǐng)域進(jìn)行探討。專家一致認(rèn)為48 V系統(tǒng)具有成本低的重要優(yōu)勢(shì)，其能夠幫助節(jié)約燃油，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)起停功能，其還可以用于更加高效的電子控制系統(tǒng)。另一方面，中國(guó)的車企還沒有準(zhǔn)備好高壓的混合動(dòng)力，因此目前階段確實(shí)需要48 V系統(tǒng)。當(dāng)然，傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)方面也需要做更多工作，兩者配合才能使效率達(dá)到最高。針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)的混合動(dòng)力特別是插電式混合動(dòng)力方面，沒有探討大家面臨著的相同的國(guó)家政策導(dǎo)向問題，而是就觀眾喜歡的技術(shù)點(diǎn)來對(duì)各企業(yè)在混合動(dòng)力方面的變速器產(chǎn)品進(jìn)行介紹。

Experimental Study on Identification and Optimization of A Car Noise Source

Su Shirong,Zhou Wei
（R&D Center,Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd.,Hefei 230601）

To address the problem of large noise in a B class car in constant speed driving,test and CAE analysis were adopted together to make comprehensive identification of interior noise sources,to get the main noise sources and the main noise frequency band.An improvement plan was proposed in this article to optimize the structure of the tire tread,add dynamic vibration absorber to eliminate sub-frame resonance modes,optimize body structure and add the damping pad.Vehicle NVH test was carried out before and after the improvement.The results show that the interior noise is reduced by 3.2 dB（A）in constant speed driving after improvement is made.

Uniform noise,Tire,Sub-frame,Body

勻速噪聲 輪胎 副車架 車身

U461.99

A

1000-3703（2017）05-0041-04

工業(yè)與信息化部國(guó)家重大科技專項(xiàng)資助項(xiàng)目（2014ZX04002041）。