某車型低轉(zhuǎn)速加速異音問題優(yōu)化的研究

李智明，張濤

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230009）

某車型低轉(zhuǎn)速加速異音問題優(yōu)化的研究

李智明，張濤

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230009）

通過對發(fā)動機(jī)輪系及發(fā)電機(jī)的振動噪聲引發(fā)車內(nèi)加速異音的機(jī)理進(jìn)行闡述，及激勵源—傳遞路徑—車內(nèi)響應(yīng)的綜合分析，指出針對輪系及發(fā)電機(jī)引起汽車低轉(zhuǎn)速加速異音的處理方案。并在國內(nèi)某一款車型上利用車內(nèi)噪聲測試與分析，聲學(xué)照相機(jī)測試分析，傳遞路徑分析，路徑振動測試與分析等方法來詳細(xì)說明發(fā)電機(jī)及輪系引起的車內(nèi)低轉(zhuǎn)速加速異音的問題確定、原因分析和優(yōu)化方案。最終該車低轉(zhuǎn)速加速異音問題得到解決。

發(fā)電機(jī)；低轉(zhuǎn)速加速異音；發(fā)動機(jī)輪系；聲學(xué)照相機(jī)測試分析；傳遞路徑分析

前言

隨著市場的發(fā)展，顧客對汽車的品質(zhì)越來越關(guān)注。汽車界幾乎已經(jīng)形成了一個共識：NVH是決定汽車品質(zhì)感最重要的指標(biāo)。良好的汽車口碑必須有良好的NVH性能作為支撐。汽車包括發(fā)動機(jī)及其附件激勵、風(fēng)激勵、路面激勵等多種振動噪聲源，其中發(fā)動機(jī)及其附件振動可能會導(dǎo)致加速異音產(chǎn)生。而加速異音會對駕乘者帶來主觀上的不適感，甚至?xí)l(fā)頭暈、惡心等現(xiàn)象。因此，加速異音的分析與控制顯得非常關(guān)鍵。

本文以某款車型為例，詳細(xì)說明了發(fā)動機(jī)輪系及發(fā)電機(jī)對低轉(zhuǎn)速加速異音的影響，采用車內(nèi)噪聲測試與分析，聲學(xué)照相機(jī)測試分析，傳遞路徑分析，路徑振動測試與分析等方法，確定了車內(nèi)異音產(chǎn)生的激勵源和傳遞路徑，最終通過發(fā)電機(jī)增加 OAD（Overrunning Alternator Decoupler 發(fā)電機(jī)單向耦合減振器）機(jī)構(gòu)及更改輪系布置等噪聲源優(yōu)化方案，使該車型發(fā)動機(jī)輪系引起的低轉(zhuǎn)速加速車內(nèi)異音問題得以解決。

1 發(fā)動機(jī)輪系引起車內(nèi)異音分析

1.1 低轉(zhuǎn)速加速異音的產(chǎn)生機(jī)理

汽車的駕駛室構(gòu)成封閉的空腔，形成了一個聲學(xué)系統(tǒng)。激勵源產(chǎn)生的噪聲振動可通過結(jié)構(gòu)振動及聲學(xué)輻射兩條傳遞路徑到達(dá)車內(nèi)的聲學(xué)系統(tǒng)。如果激勵源本身異常噪音很大，或者傳遞路徑中由于零部件共振響應(yīng)很大時，就會在車內(nèi)產(chǎn)生很強(qiáng)的異常聲波，形成異音。

1.2 發(fā)動機(jī)輪系激勵引起車內(nèi)異音分析

發(fā)動機(jī)輪系工作時產(chǎn)生的異音，存在多種情況，主要有皮帶不對中噪聲、皮帶周向打滑噪聲、皮帶共振敲擊噪聲等，它們通過結(jié)構(gòu)傳播也可通過輻射傳播。輻射傳遞路徑是通過前圍直接進(jìn)行的聲輻射，結(jié)構(gòu)傳遞路徑是由發(fā)動機(jī)輪系的振動激勵通過發(fā)動機(jī)殼體傳遞給發(fā)動機(jī)懸置系統(tǒng)，再由懸置系統(tǒng)通過接附點傳遞給車身，車身再把響應(yīng)反饋給駕駛室內(nèi)的乘員。發(fā)動機(jī)輪系的振源根據(jù)形成方式不同，導(dǎo)致異音頻率不同。由皮帶不對中引發(fā)異音，頻率一般為高頻竄動所致的沖擊摩擦噪音。由曲軸扭振引起的皮帶打滑異音，頻率范圍一般為高頻及其倍頻程。由皮帶共振產(chǎn)生的敲擊異音，頻率成分則為寬頻特性。懸置系統(tǒng)作為彈性元件連接發(fā)動機(jī)與車身，聲包系統(tǒng)作為吸隔聲元件隔絕發(fā)動機(jī)輻射噪聲，激勵源的能量在傳遞過程中，一般會得到較大的衰減。但是當(dāng)這些激勵源產(chǎn)生的激勵力或噪音過大時，傳遞到車內(nèi)的能量無法被完全衰減掉，就會在駕駛室內(nèi)形成異常噪音。

2 傳遞路徑分析理論簡介

任何一個噪聲與振動系統(tǒng)都可以用激勵源—傳遞路徑—響應(yīng)點這個模型來表示。

振動源的激勵通過傳遞路徑的衰減后到達(dá)響應(yīng)點。為分析和控制響應(yīng)點的振動和噪音，可以從三個方面考慮：首先是減小激勵源的激勵能量，其次是在改變傳遞路徑的特性，切斷或衰減振動，最后是改變響應(yīng)點的參數(shù)，減小或吸收振動能量。

對于一個系統(tǒng)來說，假設(shè)其受到m個激勵力的作用，每一個激勵力都有x,y,z三個方向的分量，每個激勵力都對應(yīng)有n個特定的傳遞路徑，那么這個激勵力分量和對應(yīng)的某個傳遞路徑就產(chǎn)生一個系統(tǒng)響應(yīng)分量[1]。以車內(nèi)的噪聲聲壓作為響應(yīng)，這個聲壓的分量就可以表示為：

其中Hmnk是傳遞函數(shù)，F(xiàn)nk是激勵力的頻譜。

車內(nèi)噪聲聲壓受某個激勵力作用，傳遞過來的所有聲壓成分之和可以表示為：

車內(nèi)噪聲受所有激勵力作用，傳遞過來的所有聲壓成分之和可以表示為：

3 案例分析

3.1 問題描述

某款SUV車型在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1500~2000rpm區(qū)間時，在上坡或急加速等負(fù)載較大的工況，車內(nèi)主觀感受到很強(qiáng)的“噠啦噠啦”異音。利用LMS設(shè)備進(jìn)行了3WOT工況下的噪聲數(shù)據(jù)測試。測試結(jié)果見圖1所示。

圖1 3-WOT車內(nèi)及發(fā)倉噪聲color map圖

從圖1的瀑布圖分析及濾波回放可以得出：該車在3WOT過程中，車內(nèi)及發(fā)倉噪聲在1400rpm和1900rpm左右均存在異音，其頻譜特性為寬頻。

3.2 異常噪音源及傳遞路徑分析

3.2.1 FTA分析

如圖2所示，由于該異常噪音在發(fā)倉內(nèi)也存在同樣的寬頻噪聲，故可判斷該異音與發(fā)動機(jī)及及附件相關(guān)。

圖2 源及傳遞路徑FTA分析

3.2.2 詳細(xì)噪聲源排查

如圖 3所示，利用聲學(xué)照相機(jī)，對寬頻異常噪音的1400Hz、1500Hz、1700Hz左右主要頻率進(jìn)行聲學(xué)定位，發(fā)現(xiàn)該異音的位置與主觀評價位置相同，在發(fā)動機(jī)輪系附近。

圖3 聲學(xué)照相機(jī)排查

3.2.3 傳遞路徑分析

（1）結(jié)構(gòu)傳遞路徑：右懸置作為輪系振動的最重要結(jié)構(gòu)傳遞路徑，在出現(xiàn)異音時的隔振率表現(xiàn)如下：除了 1600rpm左右Z向18dB，1900rpm左右Z向18dB，其他方向均大于20dB，已起到了很好的隔振作用。故該傳遞路徑的優(yōu)化空間較小。

圖4 懸置隔振率分析

（2）輻射傳遞路徑：發(fā)動機(jī)右側(cè)聲傳函，作為輪系輻射噪聲的重要輻射傳遞路徑，將其與標(biāo)桿車進(jìn)行對比測試發(fā)現(xiàn)相當(dāng)，空氣傳播的吸隔聲能力優(yōu)化空間也較小。

圖5 發(fā)動機(jī)右側(cè)聲傳函

3.3 優(yōu)化方案確定及效果驗證

根據(jù)以上內(nèi)容，已經(jīng)確定發(fā)動機(jī)的輪系的異音通過懸置結(jié)構(gòu)及前圍輻射等路徑傳遞至車內(nèi)。因此，正常方法是可以制定三套方案用于消除車內(nèi)異音。第一套方案是控制噪聲源，改變發(fā)動機(jī)輪系結(jié)構(gòu)及附件結(jié)構(gòu)，第二套方案是改變傳遞路徑，如提高懸置隔振率，增加聲學(xué)包用料等方法來降低傳遞率，但該方案在傳遞路徑分析過程中已確定了優(yōu)化空間有限。第三套方案是在車身壁板處增加增強(qiáng)墊，但對于200Hz頻率以上的振動，增強(qiáng)墊對剛度的提升效果已經(jīng)不明顯。

綜上，故確認(rèn)整改方案為控制噪聲源，如圖6、圖7所示，將原有發(fā)電機(jī)更改為帶 OAD結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)，同時將輪系結(jié)構(gòu)進(jìn)行變更。

圖6 發(fā)電機(jī)增加OAD機(jī)構(gòu)示意

圖7 更改輪系結(jié)構(gòu)示意

圖8 發(fā)動機(jī)臺架驗證效果

圖9 整車發(fā)倉噪聲驗證效果

圖10 整車駕右噪聲驗證效果

如圖8、圖9、圖10所示，將原有的發(fā)電機(jī)及輪系進(jìn)行變更后，無論是從臺架上驗證發(fā)動機(jī)的輻射噪音，還是在整車上驗證發(fā)動機(jī)近場噪聲及駕右噪聲，整改后1500-2000rpm寬頻噪音均完全消除，主觀評價可以接受。

4 結(jié)束語

（1）通過本文的案例的分析驗證可知，當(dāng)激勵源的振動噪聲能量過大時。異音優(yōu)化問題已不能通過傳遞路徑的優(yōu)化來解決，需要通過控制噪聲源的方法，從根源上解決由發(fā)動機(jī)輪系引發(fā)的低轉(zhuǎn)速加速噪聲大問題。

（2）由于發(fā)動機(jī)輪系等附件的整改周期及難度較大，在原因分析及方案驗證過程中需要驗證充分。否則在整改推進(jìn)過程中會遇到很大大阻礙，因此關(guān)注傳遞路徑分析，聲學(xué)相機(jī)聲源定位分析，是非常重要的。

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

Research on optimization of low speed accelerating strange niose problem of a certain type of vehicle

Li Zhiming, Zhang Tao
（Center of Technology, Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd., Anhui Hefei 230009）

Through the analysis of the mechanism of the acceleration strange niose in the vehicle and the vibration noise of the engine train and the generator, and the comprehensive analysis of the excitation source-transmission path-interior response, the paper points out the treatment scheme for the low speed acceleration of the automobile caused by the gear train and the generator. In a domestic model, using the internal noise test and analysis, acoustic camera test analysis,transmission path analysis, path vibration test and analysis methods to detailed description of the generator and train caused by the low speed of the car, the problem of determination, cause analysis and optimization. Finally, the problem of the low speed and acceleration of the vehicle is solved.

Generator; low speed acceleration strange niose; engine gear train; acoustic camera test analysis; trans-mission path analysis

U464

A

1671-7988 (2017)21-181-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.21.062

CLC NO.: U464

A

1671-7988 (2017)21-181-03

李智明，男，（1988-），主管工程師，就職于江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心NVH設(shè)計開發(fā)部。張濤，男，（1992-），工程師，就職于江淮汽車股份集團(tuán)有限公司技術(shù)中心NVH設(shè)計開發(fā)部。