某客車行駛車內(nèi)轟鳴聲分析與改進(jìn)

卓建明

（廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司，福建廈門　361023）

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某客車行駛車內(nèi)轟鳴聲分析與改進(jìn)

卓建明

（廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司，福建廈門361023）

摘要：分析車內(nèi)轟鳴聲產(chǎn)生的原因，采用試驗(yàn)和仿真分析相結(jié)合的方法，診斷出引起某客車行駛車內(nèi)轟鳴聲的根源。通過改進(jìn)車身頂蓋骨架結(jié)構(gòu)和采用空氣彈簧懸架，顯著降低了車內(nèi)轟鳴聲，為解決同類問題提供參考。

關(guān)鍵詞：客車；車內(nèi)轟鳴聲；試驗(yàn)仿真；分析改進(jìn)

汽車在封閉狀態(tài)下，車內(nèi)空氣會形成許多聲腔模態(tài)，受到發(fā)動機(jī)、傳動系、排氣系統(tǒng)、不平路面激勵(lì)時(shí)，如果車身壁板結(jié)構(gòu)的振動頻率與車廂密閉空氣的固有模態(tài)頻率一致，將會產(chǎn)生很強(qiáng)的耦合作用，空氣就會產(chǎn)生體積變化，將在車內(nèi)產(chǎn)生很高的壓力脈動，引起人耳不適，甚至出現(xiàn)頭暈、惡心等癥狀，這樣的現(xiàn)象稱為轟鳴[1-3]。在車內(nèi)空間較大的客車中尤其容易產(chǎn)生轟鳴現(xiàn)象。轟鳴聲屬于低頻噪聲，通常在200 Hz以下產(chǎn)生，常規(guī)的吸聲降噪措施對此頻段幾乎無效[4]。本文通過測試分析某客車在行駛過程中產(chǎn)生轟鳴聲的原因，采用試驗(yàn)和仿真手段，優(yōu)化改進(jìn)車身壁板結(jié)構(gòu)固有頻率，使車身壁板結(jié)構(gòu)振動與車內(nèi)聲腔模態(tài)解耦，同時(shí)降低激勵(lì)，最終有效解決了行駛過程中車內(nèi)轟鳴聲的出現(xiàn)。

1　問題描述

某客車在行駛過程中產(chǎn)生壓迫耳膜的轟鳴聲，通過測試，30 km/h、50 km/h、80 km/h不開空調(diào)勻速行駛工況車內(nèi)噪聲，見表1。從表中可見，原狀態(tài)不同工況車內(nèi)噪聲測試結(jié)果中，勻速行駛工況下車內(nèi)噪聲C計(jì)權(quán)量級普遍超過105 dB（C），最高量級達(dá)到116.5 dB（C），車廂內(nèi)C計(jì)權(quán)噪聲量級整體上呈現(xiàn)在車輛兩端大、中間小的特征，同時(shí)A計(jì)權(quán)與C計(jì)權(quán)量級相差較大，噪聲信號中的低頻成分非常大，主觀上反映為壓迫耳膜的轟鳴聲，人耳難于接受。

表1　原狀態(tài)車內(nèi)噪聲測試結(jié)果　dB

2　問題分析

2.1激勵(lì)源分析

圖1為30 km/h、50 km/h、80 km/h不開空調(diào)勻速行駛車內(nèi)駕駛員右耳位置噪聲頻譜。通過頻譜分析可知，車內(nèi)噪聲在13.00 Hz處都存在很高的能量峰值。在不同的車速段都存在較高的能量峰值，而客車在以上三個(gè)車速段動力總成的工作頻率不一致，說明激勵(lì)主要不是來自動力總成。

圖2和圖3分別為在30 km/h、50 km/h、80 km/h不開空調(diào)勻速行駛工況下前左軸頭、后左軸頭z方向振動頻譜圖。前后軸頭z向在13 Hz處都存在較高的能量峰值[3]。說明車內(nèi)噪聲在13.00 Hz處存在能量峰值主要是由路面通過懸架系統(tǒng)激勵(lì)引起的[5-6]。

2.2車身模態(tài)分析

通過在Hypermesh中創(chuàng)建白車身模型，各鈑金件單元?jiǎng)澐忠运倪呅螁蜟QUAD4為主，過渡的三角形單元CTRIA3控制在5%內(nèi)。通過驗(yàn)證，單元滿足相應(yīng)的翹曲度、長寬比、雅可比值、歪斜度等要求。焊點(diǎn)采用CWELD單元來模擬。通過對白車身模型進(jìn)行模態(tài)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)車身頂蓋在14.7 Hz處存在局部模態(tài)，其振型如圖4所示。

車內(nèi)空氣組成的空腔存在著固有頻率，其第一階頻率由如下公式（1）計(jì)算可知，12 m客車車內(nèi)聲腔第一階固有頻率為14.2 Hz。

綜合以上分析，初步診斷是來自于路面13 Hz激勵(lì)頻率，因與車身結(jié)構(gòu)模態(tài)14.7 Hz和車內(nèi)聲腔模態(tài)頻率14.2 Hz較為接近，使車身結(jié)構(gòu)模態(tài)與聲腔模態(tài)耦合產(chǎn)生了車內(nèi)轟鳴聲。

3　改進(jìn)方案與效果

3.1改進(jìn)方案

根據(jù)以上分析結(jié)果，同時(shí)采取了兩方面的改進(jìn)措施，第一：將此車的懸架由鋼板彈簧更換成空氣彈簧，降低路面對車身骨架的激勵(lì)能量；第二：優(yōu)化改進(jìn)車身頂蓋結(jié)構(gòu)，改進(jìn)車身壁板結(jié)構(gòu)的振動頻率。在保證車身頂蓋強(qiáng)度的前提下，通過將車身頂蓋局部模態(tài)頻率由14.7 Hz降至10.14 Hz，如圖5所示，使之避開車內(nèi)的聲腔模態(tài)，從而避免模態(tài)頻率耦合[7-9]。

3.2改進(jìn)效果

根據(jù)以上方案整改后，測試30 km/h、50 km/h、80 km/h不開空調(diào)勻速行駛工況下車內(nèi)噪聲。根據(jù)圖6中50 km/h勻速行駛改進(jìn)前后車內(nèi)中排無計(jì)權(quán)噪聲頻譜對比所示，改進(jìn)后的車內(nèi)中排噪聲峰值由原始狀態(tài)的13 Hz降低到11 Hz，車身壁板結(jié)構(gòu)對車內(nèi)聲腔模態(tài)的激勵(lì)頻率下降了2 Hz，一定程度上解耦了車身頂蓋壁板結(jié)構(gòu)模態(tài)與車內(nèi)聲腔模態(tài)。改進(jìn)后的測試結(jié)果如表2所示。根據(jù)表2與原狀態(tài)結(jié)果表1對比所示，改進(jìn)后的車內(nèi)噪聲相對原狀態(tài)改善明顯，C計(jì)權(quán)后的車內(nèi)噪聲量級降低較大，主觀上感受到的車內(nèi)壓迫耳膜的轟鳴聲明顯降低，處于人耳可接受水平。說明通過降低路面激勵(lì)、改變車身頂蓋模態(tài)頻率來避開聲腔模態(tài)的頻率，可以有效減少車內(nèi)的低頻轟鳴聲。

表2　改進(jìn)后車內(nèi)噪聲測試結(jié)果　dB

4　結(jié)束語

客車的路面激勵(lì)能量主要集中在11 Hz～15 Hz頻率段，要避免車內(nèi)產(chǎn)生轟鳴聲，應(yīng)避免車身結(jié)構(gòu)模態(tài)，特別是關(guān)鍵部位的局部模態(tài)要避開路面激勵(lì)頻率。

車身結(jié)構(gòu)的模態(tài)與車內(nèi)聲腔模態(tài)將對整車噪聲振動性能產(chǎn)生重要影響。因此，在汽車開發(fā)前期要對車身結(jié)構(gòu)模態(tài)與車內(nèi)聲腔模態(tài)特性詳細(xì)分析，避免車身模態(tài)與車內(nèi)聲腔模態(tài)耦合產(chǎn)生轟鳴聲，否則后期改進(jìn)成本較高。

參考文獻(xiàn)：

[1]龐劍，湛剛，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.

[2]謝曉龍，汪曉虎，王亮，等.汽車轟鳴聲產(chǎn)生機(jī)理研究[DB/OL]. （2013-01-07）[2015-08-12]. http：//tech.simwe.com/altair/4991.html.

[3]朱哲民，龔秀芬，杜功煥.聲學(xué)基礎(chǔ)[M].南京：南京大學(xué)出版社，2001.3.

[4]李洪亮，程魁玉，顧燦松，等.某微車低速轟鳴聲的降噪設(shè)計(jì)[C]. LMS中國用戶大會論文集，2010.

[5]方華，李盛成，馬忠民，等.某越野車車內(nèi)轟鳴聲的實(shí)驗(yàn)研究[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015（3）：1-4.

[6]王登峰，李俊明.路面激勵(lì)引起車內(nèi)噪聲的模擬和試驗(yàn)[J].汽車工程，2000，22（2）：93-96.

[7]張棟，康菲.傳遞路徑分析方法在車內(nèi)轟鳴聲問題上的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2015（5）：59-63.

[8]李玲，田率，和俊偉，等.某SUV車內(nèi)轟鳴聲問題的解決[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2014（4）：49-51.

[9]徐艷平，屈少舉，吳開豐，等.某車型高速轟鳴聲控制方法研究[C].中國汽車工程學(xué)會年會論文集，2014.

修改稿日期：2015-10-09

Analysis and Improvement on Interior Boom of One Coach in Driving

Zhuo Jianming
（Xiamen King Long United Automotive Industry Co., Ltd, Xiamen 361023，China)

Abstract：The reasons for interior boom are discussed on vehicles. By means of test and simulation analysis methods，the interior boom's root of one coach has been diagnosed out. By improving the structure of the body top frame and adopting the air suspension, the interior boom is reduced effectively. This method and experience can be referred for solvingthe same problems.

Key words:coach; interior boom; test and simulation; analysis improvement

中圖分類號：U467.4+93

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1006-3331（2016）02-0056-03

作者簡介：卓建明（1988-），男，NVH試驗(yàn)工程師；主要從事整車NVH試驗(yàn)及模態(tài)測試分析工作。