基于TPNR的整車路噪聲學性能優(yōu)化

徐 馳，陳應航

(蚌埠學院 機械與車輛工程學院，安徽 蚌埠 233000)

路噪性能是整車振動噪聲性能開發(fā)的重要組成部分，直接關乎用戶體驗和整車質量。迄今為止，針對不同頻率的路噪問題，多采用消除結構振動源、優(yōu)化傳遞路徑的方法改善低頻路噪表現(xiàn)；采用優(yōu)化整車聲學包的方法改善高頻路噪表現(xiàn)[1-2]。

聲學包方案有效性驗證多采用數(shù)值仿真法或試驗測試法，后者結果更加直觀，數(shù)據更易分析。鄧江華等[3]采用隔聲窗研究了整車防火墻在不同泄露量、不同材料覆蓋率、不同材料密度下對聲學包隔聲效果的影響；杜愛民等[4]研究了發(fā)動機聲激勵下的車內高頻聲學特性，甄別出前圍鈑金上的隔聲薄弱點；盧兆岡等[5]研究了機械激勵下板件聲學包裝對中頻插入損失的影響，提出采用均勻質量層可達到最好的隔聲效果。

上述研究成果多集中于隔絕發(fā)動機中、高頻噪聲，對高頻路噪的隔絕未有涉及。本文針對汽車行駛過程中輪胎對車內產生的中、高頻輻射噪聲問題，應用輪胎接地點噪聲衰減量測試(Tire Patch Noise Reduction, TPNR)方法量化整車路噪聲學包性能；在此基礎上，對某車A柱和前門檻的鈑金面上孔洞、行李箱門檻護板、C柱側護板內空腔實施聲學包優(yōu)化，通過TPNR測試結果驗證方案有效性，并進行道路動態(tài)驗證。

1 理論和方法

1.1 隔聲理論

噪聲衰減量LNR是衡量隔聲性能好壞的指標之一，在工程中可用它來表述聲音從被測部件一側傳遞到另一側的能量損失，即被測部件對聲音的隔絕程度，其計算公式為：

LNR=LS-LR

式中：LS為入射側聲壓級，dB；LR為透射側聲壓級，dB；LNR為隔聲量，dB；。

1.2 TPNR測試方案

為研究整車路噪聲學包性能，分析聲學包優(yōu)化方案對輪胎至人耳處噪聲衰減量的提升效果，本文通過TPNR試驗獲得某車定置狀態(tài)下人耳至輪胎傳遞路徑噪聲衰減量的1/3倍頻程功率譜，提出并驗證聲學包優(yōu)化方案。試驗設備及試驗方法如下：

(1)試驗樣車

本次試驗樣車為某緊湊型5門5座SUV乘用車。該車配備1.5T渦輪增壓發(fā)動機和雙離合自動變速箱，發(fā)動機前置前驅，整車長度、寬度、高度依次為4 470 mm、1 837 mm、1 670 mm，軸距為2 670 mm。

(2)試驗環(huán)境

整車半消聲試驗室，可屏蔽外界環(huán)境對試驗過程中的噪聲干擾。實驗室具備溫、濕度調節(jié)功能，整個試驗過程均在溫度為20 ℃、相對濕度為60%的恒溫恒濕環(huán)境下進行。

(3)試驗儀器

數(shù)據采集前端、功率放大器、傳聲器、中高頻體積聲源(模擬輪胎輻射噪聲)，分別如表1所示。

表1試驗儀器表
Table1List of the experimental equipment

儀器公司型號數(shù)量數(shù)據采集前端SiemensLMS-SCM051功率放大器SiemensQ-AMP1中高頻體積聲源SiemensQ-MHF1傳聲器PCB378B023

(4)試驗測點

試驗中傳聲器布置測點為：駕駛員左耳(DLE)、后排左側乘客左耳(RLL)、聲源口(Source)外側50 mm處。

(5)試驗過程

將中高頻體積聲源錐形頭與扁筒采用橡膠管緊密連接后，將扁筒先后安放在左前輪和左后輪的下方，聲源沿整車坐標系X軸方向，由車前指向車后，如圖1所示。中高頻體積聲源發(fā)出寬頻白噪聲，在上述3個測點處分別采集聲壓信號，并根據下式計算TPNR值。

TDLE=LSource-LDLE

TRLL=LSource-LRLL

式中：TDLE、TRLL分別表示駕駛員左耳和后排左側乘客左耳處的TPNR值，dB；LDLE、LRLL、LSource依次代表駕駛員左耳、后排左側乘客左耳和聲源處的聲壓級，dB。

需要指出的是，聲源安放位置可以是在左前輪下方，也可以是在左后輪下方，最終位置需根據驗證方案在整車上的位置確定。例如，在驗證后備箱實施的聲學包方案時，應將聲源放置在更接近該位置的后輪，關注測點則是更接近后備箱的后排測點RLL。為保證試驗結果的準確性和可比性，每輪試驗均采集8組穩(wěn)定數(shù)據，求取平均值作為最終結果，且方案實施前后測點和聲源的位置均不變。

對于TPNR驗證有效的提升方案，需要進一步進行道路動態(tài)測試以確保方案有效。本文在粗糙瀝青路上，采用某緊湊型SUV乘用車，利用路噪評價中常用的60 km/h、80 km/h勻速工況進行車內噪聲動態(tài)測試，確定聲學包優(yōu)化方案前后的路噪水平。

2 TPNR測試結果及分析

采用TPNR試驗依次對某緊湊型SUV乘用車A柱及前門檻的鈑金孔密封方案、后備箱門檻增加吸音棉方案和C柱下護板內空腔阻隔方案進行驗證。TPNR試驗對環(huán)境變化有一定的敏感性，因此在每次方案實施前都需要重新測定樣車原狀態(tài)(Baseline)的TPNR曲線，以保證2次測試數(shù)據間具有可比性。

圖1 TPNR測試示意圖Fig 1 Schematic diagram of TPNR test

2.1 A柱和前門檻的鈑金孔密封方案

為檢測駕駛室高頻路噪表現(xiàn)，分別對某車前門檻(圖2)和A柱(圖3)的鈑金孔進行密封，將與中高頻體積聲源錐形頭緊密連接后的扁筒安放在左前輪下方，測量駕駛員左耳(DLE)的聲壓信號，得到前門檻與A柱的鈑金孔封堵前后，TPNR隨頻率變化的1/3倍頻程功率譜曲線，分別如圖4、圖5所示。由圖4可以看出，在前門檻鈑金孔封堵后，TPNR值在630～3 150 Hz的頻率范圍內有所提升；由圖5可以看出，在A柱的鈑金孔封堵后，TPNR值在1 000～2 000 Hz的頻率范圍內具有提升效果，在1 250 Hz處提升量達到2.8 dB，改善效果明顯。

2.2 后備箱門檻增加吸音棉方案

為檢測后排乘客處的高頻路噪表現(xiàn)，在后備箱門檻護板處增加吸聲棉(圖6)，將與中高頻體積聲源錐形頭緊密連接后的扁筒安放在左后輪下方，檢測后排左側乘客左耳(RLL)的聲壓級，得到后備箱門檻護板增加吸音棉前后，TPNR隨頻率變化的1/3倍頻程功率譜曲線，如圖7所示。由圖7可知，TPNR值在800～1 600 Hz、2 000～5 000 Hz的頻率范圍內均有小幅度提升。

圖2 門檻鈑金孔洞封堵Fig 2 Door sill sheet metal hole plugging

圖3 A柱鈑金孔洞封堵Fig 3 A-pillar sheet metal hole plugging

圖4 前門檻鈑金孔洞封堵對TPNR的影響Fig 4 The influence of front door sill sheet metal hole plugging on TPNR

圖5 A柱下鈑金孔洞封堵對TPNR的影響Fig 5 The influence of hole plugging of sheet metal under A-pillar on TPNR

圖6 后備箱門檻加吸聲棉 Fig 6 Add sound absorbent cotton to the door sill of the trunk

2.3 C柱護板內空腔阻隔方案

為檢測后排乘客處的高頻路噪表現(xiàn)，在C柱下護板空腔內增加阻隔海綿塊，用泡棉封堵中間層鈑金處減重孔(圖8)，將與中高頻體積聲源錐形頭緊密連接后的扁筒安放在左后輪下方，檢測后排左側乘客左耳(RLL)的聲壓級，得到C柱護板內空腔阻隔方案前后，TPNR隨頻率變化的1/3倍頻程功率譜曲線，如圖9所示。由圖9可知，TPNR值在250～4 000 Hz的寬頻率范圍內有明顯提升，而在1 250～3 150 Hz的頻率范圍內提升最為明顯，均可達到2 dB以上。

經過與上述兩個方案的比較，可以發(fā)現(xiàn)該方案提升效果更為顯著。

圖7 后備箱門檻加吸聲棉對TPNR的影響Fig 7 The effect of adding sound absorbent cotton to the doorsill of trunk on TPNR

圖8 C柱護板空腔內阻隔Fig 8 Barrier in the cavity of C-pillar guard board

圖9 C柱護板空腔內阻隔方案對TPNR的影響Fig 9 The influence of C-pillar guard board in cavity barrier scheme on TPNR

2.4 三套方案綜合實施前后總體結果對比

圖10是上述三套方案同時實施前后，TPNR隨頻率變化的1/3倍頻程功率譜曲線。對于駕駛員位置和后排乘客位置，分別采用左前輪(LF Wheel) 到駕駛員左耳(DLE)和左后輪(LR Wheel) 到后排左側乘客左耳(RLL)的TPNR曲線量化聲學包的提升效果。由圖10可以看出：前排TPNR曲線在200～6 300 Hz的寬頻率范圍內有全面提升，各個頻段的提升效果在2 dB以上；后排TPNR曲線在250～500 Hz和800～6 300 Hz的寬頻率范圍內有明顯提升。

3 道路動態(tài)測試結果驗證

TPNR測試結果表明，上述3組聲學包提升方案對輪胎至駕駛員與后排乘客的隔聲效果有改善作用。為驗證上述方案在整車運行工況下的隔聲效果，在晴朗無風環(huán)境下采用路噪評價中常用的60 km/h、80 km/h勻速工況下，分原狀態(tài)和提升后狀態(tài)兩輪進行車內噪聲試驗，以評價聲學包的動態(tài)提升效果。測試路面為粗糙瀝青路，測試路段長度為2 km，測點為駕駛員左耳(DLE)和后排右側乘客右耳(RRR)；每輪試驗均采集5個往返的試驗數(shù)據，在保證數(shù)據穩(wěn)定性的前提下，以平均值作為實驗結果，得到聲學包提升前后，DLE、RRR測點處聲壓級隨頻率變化的1/3倍頻程功率譜曲線，如圖11、圖12所示。由圖11可以看出：在60 km/h勻速工況下，DLE處聲壓級在800～6 300 Hz的寬頻率范圍內有明顯下降，且在高頻處更為明顯；RRR處聲壓級在200～6 000 Hz的寬頻率范圍內也有明顯下降，且在2 000 Hz處下降最大，達到4.4 dB。顯然方案實施對前后排的中、高頻路噪提升效果明顯。

a 左前輪到駕駛員左耳b 左后輪到后排左側乘客左耳 圖10 總體實施方案對前、后排TPNR的影響Fig 10 The impact of the overall implementation program on TPNR in front and back rows

由圖12可以看出：在80 km/h勻速工況下，DLE處聲壓級在1 250～3 150 Hz的寬頻率范圍內有明顯下降；RRR處聲壓級在200～6 300 Hz的寬頻率范圍內也有下降，且在2 000 Hz處下降最大，達到4.2 dB。顯然方案實施對后排中、高頻路噪提升效果明顯，對前排的改善效果較弱?？赡苁且驗樵?0 km/h的勻速工況下，前排風噪聲的增強一定程度上抵消了路噪的改善。

圖11 在60 km/h總體方案對DLE、RRR處1/3倍頻程聲壓級的影響Fig 11 The influence of overall scheme at 60 km/h on 1/3 octave band sound pressure level at DLE and RRR

圖12 在80 km/h速度下總體方案對DLE、RRR處1/3倍頻程聲壓級的影響Fig 12 The influence of overall scheme at 80 km/h on 1/3 octave band sound pressure level at DLE and RRR

4 結論

本文利用某緊湊型SUV乘用車，采用TPNR靜態(tài)試驗和道路動態(tài)驗證，研究了中、高頻路噪聲學包提升方案，結果表明：

(1)封堵A柱和前門檻的鈑金孔洞、行李箱門檻增加吸聲材料和C柱下護板空腔內增加阻隔材料都具有提高整車路噪隔聲量的效果。

(2)動態(tài)測試表明，實施上述3種方案對降低車內中、高頻噪聲，提高整車路噪表現(xiàn)具有積極作用。