基于模態(tài)分析技術(shù)的汽車加速噪聲優(yōu)化

任曉惠，陸兵

(安徽江淮汽車股份有限公司，安徽合肥 230091)

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基于模態(tài)分析技術(shù)的汽車加速噪聲優(yōu)化

任曉惠，陸兵

(安徽江淮汽車股份有限公司，安徽合肥 230091)

在某車型開發(fā)過程中，發(fā)現(xiàn)加速工況下出現(xiàn)明顯共鳴音，嚴(yán)重影響人的聽覺感受。通過主觀評價(jià)及客觀數(shù)據(jù)分析，確認(rèn)該聲音是由排氣歧管產(chǎn)生共振，向外輻射噪聲，傳遞到車內(nèi)引起的。通過對歧管子系統(tǒng)進(jìn)行加強(qiáng)，成功消除了該共鳴音。

加速噪聲；共振；輻射噪聲；模態(tài)分析技術(shù)

0 引言

隨著汽車的普及，噪聲振動性能也逐漸成為一個(gè)備受關(guān)注的熱點(diǎn)。汽車噪聲振動問題不僅影響汽車的使用壽命，而且影響著汽車乘坐舒適性，也成為各大汽車商家競爭的標(biāo)尺，引起各個(gè)汽車生產(chǎn)廠家的重視。因此噪聲振動舒適性，即NVH(Noise, Vibration, Harshness)，也成為衡量汽車制造質(zhì)量的一個(gè)綜合指標(biāo)。汽車NVH試驗(yàn)研究對于新車型開發(fā)和現(xiàn)有車型的性能改善都起著重要作用，其研究的內(nèi)容主要包括整車及其零部件噪聲振動目標(biāo)值的標(biāo)定、車輛噪聲振動源識別、車輛噪聲振動傳遞路徑分析、車輛噪聲振動源的貢獻(xiàn)度分析、模態(tài)試驗(yàn)和聲品質(zhì)評價(jià)等。

現(xiàn)有某款新開發(fā)車型，該車進(jìn)行全油門加速(Wide Open Throttle,WOT)時(shí)，在3 000～4 000 r/min出現(xiàn)明顯共鳴音，嚴(yán)重影響駕乘人員的聽覺感受，降低整車品質(zhì)，故需要對該共鳴音進(jìn)行分析與優(yōu)化。

1 噪聲源的排查與優(yōu)化

1.1 噪聲源主觀評價(jià)

該車在全油門加速及駐車升速工況下，當(dāng)轉(zhuǎn)速到達(dá)3 000～4 000 r/min時(shí)，主觀感覺駕駛員位置存在明顯的共鳴音，該聲音透過防火墻傳遞到車內(nèi)，具有輻射噪聲的特性，故問題排查主要從發(fā)動機(jī)艙能產(chǎn)生輻射噪聲的部件入手，如排氣歧管隔熱罩、進(jìn)氣口、空濾器等。

1.2 噪聲源客觀數(shù)據(jù)采集

首先對車內(nèi)噪聲進(jìn)行摸底測試，測試工況為3-WOT(3擋全油門)，測點(diǎn)位置為駕駛員右耳(以下稱為駕右)，數(shù)據(jù)見圖1—2。

該車在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速3 000～4 000 r/min的噪聲受兩方面影響：(1)二階次噪聲；(2)280 Hz的共振帶。需要通過聲音回放確定主要貢獻(xiàn)量。

通過聲音回放濾波處理技術(shù)(見圖3)，確定二階次噪聲對3 000～4 000 r/min共鳴音占據(jù)主導(dǎo)地位，這使得雖然該轉(zhuǎn)速范圍噪聲值無明顯峰值，但在某一轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生能量很高的單一頻率聲音，這是該車存在共鳴音的主要原因，故問題排查從二階次噪聲入手。

圖2 3-WOT駕右噪聲(colormap)

圖3 聲音回放濾波處理

首先對進(jìn)、排氣系統(tǒng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該車排氣歧管隔熱罩是一種結(jié)構(gòu)簡單的大面積單層薄鋼板部件，該部件具有成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，但表面剛度較弱，產(chǎn)生大的工作變形，具有向外輻射噪聲的特性，與主觀評價(jià)相符合，故首先進(jìn)行了釋放隔熱罩的試驗(yàn)。測試數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 原狀態(tài)與釋放隔熱罩駕右噪聲對比

釋放隔熱罩后，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速3 000～4 000 r/min時(shí)駕右噪聲下降1～4 dB(A)，主要是降低了發(fā)動機(jī)二階次噪聲，故將噪聲源定為排氣歧管子系統(tǒng)，包括排氣歧管、隔熱罩。因此對排氣歧管子系統(tǒng)進(jìn)行了約束模態(tài)測試，測點(diǎn)位置及測試結(jié)果如圖5—7所示。

圖5 隔熱罩約束模態(tài)測點(diǎn)位置

圖6 隔熱罩約束模態(tài)測試結(jié)果

圖7 隔熱罩模態(tài)陣型圖(118 Hz)

歧管子系統(tǒng)存在118 Hz模態(tài)頻率，而發(fā)動機(jī)在3 000～4 000 r/min的二階激勵(lì)頻率范圍為100～133 Hz，該模態(tài)很容易被發(fā)動機(jī)激勵(lì)激起，對激勵(lì)產(chǎn)生放大作用。從圖7可以看出：隔熱罩在點(diǎn)2附近的變形量最大，當(dāng)歧管子系統(tǒng)產(chǎn)生共振時(shí)，隔熱罩點(diǎn)2區(qū)域會產(chǎn)生很大的工作變形，具有向外輻射噪聲的能力。因此可以形成兩種整改方案：(1)改變排氣歧管支架，提高歧管子系統(tǒng)固有頻率，避開發(fā)動機(jī)二階激勵(lì)；(2)提高隔熱罩局部剛度，減小工作變形，抑制輻射噪聲。

首先提高隔熱罩局部剛度，主要在點(diǎn)2區(qū)域加筋，以及在點(diǎn)4區(qū)域增加約束，方案如圖8所示。

圖8 隔熱罩修改方案

對隔熱罩點(diǎn)2、4區(qū)域進(jìn)行處理后，局部剛度明顯增強(qiáng)，圖9所示的點(diǎn)2區(qū)域的變形隨之減小，從而抑制向外輻射噪聲的能力，達(dá)到預(yù)期效果。接下來將該樣件裝車進(jìn)行測試，測試結(jié)果如圖10所示。

圖9 隔熱罩模態(tài)陣型圖對比(118 Hz)

圖10 優(yōu)化前后駕右噪聲對比

優(yōu)化隔熱罩后(對剛度偏低區(qū)域進(jìn)行局部加強(qiáng))，使得在3 000～4 000 r/min轉(zhuǎn)速時(shí)車內(nèi)噪聲下降1～7 dB(A)，主觀感覺前排共鳴音消失，達(dá)到了預(yù)期效果。由此可知共鳴音主要是由排氣歧管子系統(tǒng)產(chǎn)生共振，使得隔熱罩在剛度較小區(qū)域產(chǎn)生大的變形，向外輻射噪聲，傳遞到車內(nèi)引起的，路徑如圖11所示。

圖11 車內(nèi)噪聲傳遞路徑

2 總結(jié)

通過對排氣歧管子系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析可知，歧管模態(tài)被發(fā)動機(jī)二階次振動激發(fā)，導(dǎo)致共振，該振動傳遞到隔熱罩，使得隔熱罩局部產(chǎn)生大變形，最終形成輻射噪聲。對隔熱罩進(jìn)行局部加強(qiáng)后，車內(nèi)噪聲下降1～7 dB(A)，3 000～4 000 r/min的加速共鳴音消失，達(dá)到優(yōu)化目的。故在整車設(shè)計(jì)中，應(yīng)關(guān)注模態(tài)分布，避免共振出現(xiàn)，同時(shí)關(guān)注結(jié)構(gòu)簡單的大鈑金結(jié)構(gòu)。

[1]龐劍，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，2006：150-194.

[2]錢人一.發(fā)動機(jī)噪聲控制[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1997：82-107.

[3]杜功煥，朱哲民.聲學(xué)基礎(chǔ)[M].2版.南京：南京大學(xué)出版社，2001:186-240.

Optimization of Vehicle Accelerated Noise Based on Modal Analysis Technique

REN Xiaohui，LU Bing

(Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd.,Hefei Anhui 230091,China)

Clear resonance noise was founded in accelerate condition during development process of a new vehicle. This noise seriously affected person auditory perception.It was confirmed that the reason of resonance noise was radiated noise due to exhaust manifold resonance passed to the car.The resonance noise was successfully eliminated by strengthened exhaust manifold pipe system.

Accelerated noise; Resonance; Radiated noise; Modal analysis technique

2017-02-18

任曉惠(1987—)，女，學(xué)士，助理工程師，研究方向?yàn)檐囕v工程。E-mail：541173741@qq.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.07.009

U461.2

A

1674-1986(2017)07-034-03