后背門限位塊硬度對(duì)車內(nèi)鼓噪影響的研究

趙建兵，彭 碩，趙龍燦

（1.燕山大學(xué) 車輛與能源學(xué)院，河北 秦皇島 066004；2.長(zhǎng)城汽車哈弗技術(shù)中心，河北 保定 071000）

后背門限位塊硬度對(duì)車內(nèi)鼓噪影響的研究

趙建兵1，彭 碩2，趙龍燦1

（1.燕山大學(xué) 車輛與能源學(xué)院，河北 秦皇島 066004；2.長(zhǎng)城汽車哈弗技術(shù)中心，河北 保定 071000）

為解決某SUV車內(nèi)鼓噪問(wèn)題，對(duì)車身各板件進(jìn)行貢獻(xiàn)量分析，發(fā)現(xiàn)后背門對(duì)車內(nèi)噪聲貢獻(xiàn)量最大。通過(guò)車內(nèi)聲壓測(cè)試，測(cè)得安裝不同硬度限位塊時(shí)的車內(nèi)噪聲信號(hào)，對(duì)比發(fā)現(xiàn)：當(dāng)限位塊硬度從原狀態(tài)的70 HA降低到40 HA時(shí)，駕駛員右耳處和后排乘客左耳處的噪聲峰值均有所下降，且后排降噪效果更明顯，達(dá)到6.4 dB。但是，限位塊最優(yōu)硬度的選擇還需兼顧耐久性，這需要進(jìn)行進(jìn)一步研究。

鼓噪；貢獻(xiàn)量分析；限位塊；噪聲峰值

隨著人們對(duì)汽車乘坐舒適性要求的提高，車內(nèi)噪聲已經(jīng)成為消費(fèi)者的關(guān)注點(diǎn)之一。多年來(lái)，通過(guò)學(xué)者們對(duì)汽車噪聲問(wèn)題的深入研究，發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲已得到有效控制[1]。相比之下，隨著電動(dòng)汽車等新能源汽車的推廣，輪胎/路面噪聲在整車噪聲中所占比例正在增大，逐漸成為研究重點(diǎn)。

鼓噪屬于輪胎/路面噪聲中的低頻結(jié)構(gòu)噪聲，對(duì)此國(guó)內(nèi)外學(xué)者均做了大量研究。其中國(guó)外Sung等應(yīng)用模態(tài)貢獻(xiàn)度的方法對(duì)某轎車的車內(nèi)噪聲進(jìn)行分析，通過(guò)修改車身局部結(jié)構(gòu)改善了車內(nèi)噪聲[2]。Surkutwar等利用TPA和板件貢獻(xiàn)量分析的方法，確定了對(duì)響應(yīng)峰值最敏感的結(jié)構(gòu)，通過(guò)安裝加強(qiáng)梁的方法降低了某客車的車內(nèi)噪聲[3]。國(guó)內(nèi)王雄鷹等通過(guò)板件貢獻(xiàn)量分析的方法確定前風(fēng)窗玻璃貢獻(xiàn)量最大，修改安裝結(jié)構(gòu)后，解決了車輛敲鼓聲問(wèn)題[4]。

黃培鑫等提出了一種在汽車NVH性能開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)階段快速預(yù)估和評(píng)價(jià)車身結(jié)構(gòu)輻射噪聲的方法[5]。沈偉等通過(guò)整車的車內(nèi)噪聲測(cè)試和對(duì)輪胎的有限元分析，提出了在后橋增加動(dòng)力吸振器消除車內(nèi)后排輪胎空腔共鳴噪聲的方法[6]。

本文基于車身板件貢獻(xiàn)量分析，在確定了后背門為鼓噪貢獻(xiàn)量最大板件的前提下，通過(guò)實(shí)車測(cè)試車內(nèi)噪聲，主要研究后背門限位塊的硬度對(duì)車內(nèi)噪聲的影響。

1 鼓噪的產(chǎn)生機(jī)理

汽車行駛時(shí)，在路面和輪胎接觸過(guò)程中發(fā)生的噪聲統(tǒng)稱為路面/輪胎噪聲。基于發(fā)生機(jī)理的不同，分為三類：鼓噪、路噪、胎噪。鼓噪發(fā)生頻率一般在20 Hz～60 Hz，路噪發(fā)生頻率一般在60 Hz～400 Hz，胎噪發(fā)生頻率一般大于400 Hz。鼓噪主要由路面X向激勵(lì)引起輪胎扭轉(zhuǎn)模態(tài)振動(dòng)，并通過(guò)懸架、車架和車身傳遞振動(dòng)（衰減或放大），引起車內(nèi)空氣壓力變化，甚至與空腔模態(tài)耦合，導(dǎo)致車內(nèi)噪聲增大。低頻噪聲極易引起乘客的不舒適感，嚴(yán)重者甚至?xí)霈F(xiàn)惡心、嘔吐等現(xiàn)象。鼓噪的產(chǎn)生機(jī)理如圖1所示。

圖1 鼓噪產(chǎn)生機(jī)理示意圖

2 車身板件貢獻(xiàn)量分析

2.1 板件貢獻(xiàn)量分析原理

汽車鼓噪聲可以從激勵(lì)源、傳遞路徑和響應(yīng)三個(gè)方面進(jìn)行控制，但是輪胎及底盤懸架的修改將對(duì)整車的操縱穩(wěn)定性及平順性產(chǎn)生影響，同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)效益和整改簡(jiǎn)便性，企業(yè)一般先從車身方面對(duì)鼓噪聲進(jìn)行優(yōu)化控制。

車內(nèi)噪聲由組成駕駛室的所有板件振動(dòng)引起[7]。車身和聲腔可以看成是一個(gè)被包圍的封閉空間，封閉空間的壁板S（即車身各板件）是彈性體，振動(dòng)并輻射聲音。取空間內(nèi)某一點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn)，空間中其他點(diǎn)都以它為參考點(diǎn)。假設(shè)j點(diǎn)是車身板件上的某一點(diǎn)或一塊，它對(duì)車內(nèi)某一點(diǎn)i的輻射聲壓為

式中Pij(ro,ω)是j點(diǎn)對(duì)i點(diǎn)的輻射聲壓，Pj(r,ω)是j點(diǎn)的聲壓，Qi是i點(diǎn)的體積聲源，υi(r,ω)是聲源j傳遞到i點(diǎn)時(shí)的速度，ro是i點(diǎn)到O點(diǎn)的距離，r是j點(diǎn)到O點(diǎn)的距離，ω是頻率。[8]

車身壁板上的很多點(diǎn)或小塊都對(duì)i點(diǎn)輻射聲音，而j點(diǎn)所占的比例為

式中P(ro,ω)是i點(diǎn)的總聲壓，tj(ω)是車身板件上的j小塊對(duì)車內(nèi)噪聲的貢獻(xiàn)量。

把所有的小塊貢獻(xiàn)量繪制在一起的時(shí)候，就可以確定每個(gè)小塊對(duì)車內(nèi)聲輻射的貢獻(xiàn)量。對(duì)車身各板件進(jìn)行積分，即可求得車身各板件對(duì)車內(nèi)聲壓的貢獻(xiàn)量。通過(guò)板的貢獻(xiàn)源分析，找到主貢獻(xiàn)板，然后改進(jìn)板結(jié)構(gòu)降低它的聲輻射。

2.2 板件貢獻(xiàn)量仿真分析結(jié)果

將TB車身結(jié)構(gòu)模態(tài)和聲腔模態(tài)計(jì)算的op2結(jié)果文件均導(dǎo)入LMS Virtual.Lab中，建立聲固耦合系統(tǒng)模型。在前、后懸架與車身連接點(diǎn)同時(shí)施加20 Hz～100 Hz的單位白噪聲激勵(lì)，選取駕駛員右耳和右后乘客左耳位置為響應(yīng)輸出點(diǎn)，模擬分析得到輸出點(diǎn)的噪聲傳遞函數(shù)（NTF），如圖2所示。

將聲腔邊界按主要組成部分劃分為前擋風(fēng)玻璃、前圍、車門、地板、頂棚、側(cè)圍和后背門等7組板件。圖2中兩個(gè)傳遞函數(shù)曲線均顯示當(dāng)頻率約為35 Hz時(shí)，NTF存在峰值，故選取35 Hz做車身板件貢獻(xiàn)量分析。結(jié)果如圖3和圖4所示，兩者均顯示后背門對(duì)車內(nèi)鼓噪聲貢獻(xiàn)量最大。

3 后背門限位裝置

后背門是SUV車型的重要部件，它通過(guò)兩個(gè)鉸鏈懸掛在頂蓋后橫梁上。在車輛行駛過(guò)程中，由于車身的扭轉(zhuǎn)和振動(dòng)，后背門鉸鏈?zhǔn)艿角昂笞笥腋鱾€(gè)方向的力，使其發(fā)生扭轉(zhuǎn)、橫擺和振動(dòng)等。為了防止此類工況的發(fā)生，減小后背的扭轉(zhuǎn)、彎曲變形，一般SUV車型都會(huì)安裝限位裝置。限位裝置由限位塊和楔形塊組成，分別安裝在車身和后背門上，如圖5所示。后背門關(guān)閉時(shí)，兩者接觸并配合達(dá)到減振和降低車內(nèi)噪聲的效果。以往的工程經(jīng)驗(yàn)表明，限位塊的硬度對(duì)車內(nèi)噪聲具有較大影響。

圖2 噪聲傳遞函數(shù)（NTF）

圖3 駕駛員右耳噪聲板件貢獻(xiàn)量/（%）

圖4 右后乘客左耳噪聲板件貢獻(xiàn)量/（%）

圖5 限位裝置實(shí)物圖

4 車內(nèi)噪聲測(cè)試

4.1 測(cè)試對(duì)象

以外形大小均相同、硬度不同的限位塊為研究對(duì)象，測(cè)試實(shí)車行駛時(shí)車內(nèi)的噪聲信號(hào)，以研究限位塊硬度對(duì)車內(nèi)鼓噪的影響。后背門限位塊一般為橡膠制品，硬度用邵氏A硬度計(jì)測(cè)量，單位為HA。選取4種硬度不同的限位塊，硬度分別為40 HA、50 HA、60 HA、70 HA。

4.2 實(shí)車噪聲測(cè)試

汽車以40 km/h勻速在光滑瀝青路面上行駛，測(cè)量駕駛員右耳（DRE，Driver Right Ear）處和右后乘客左耳(RRPL，Right Rear Passenger Left Ear)處的噪聲聲壓信號(hào)。根據(jù)GB/T18697-2002，麥克風(fēng)布置位置應(yīng)符合圖6。

(1)駕駛員右耳：座椅位于導(dǎo)軌中間位置，麥克風(fēng)距離椅面700 mm±50 mm，距離頭枕中心線200 mm±20 mm，座椅靠背垂直于椅面，麥克風(fēng)方向與整車X方向一致。

(2)右后乘客左耳：麥克風(fēng)距離椅面700 mm±50 mm，距離頭枕中心線200 mm±20 mm，麥克風(fēng)方向與整車X方向一致。

圖6 麥克風(fēng)布置示意圖

測(cè)試前確保汽車行駛時(shí)車內(nèi)無(wú)異響且處于封閉狀態(tài)，四輪定位正常，車內(nèi)乘客前后排各兩人，測(cè)試環(huán)境背景噪聲的影響小于可容許誤差。當(dāng)車速調(diào)整到40 km/h勻速行駛時(shí)，開(kāi)始利用LMS車載設(shè)備采集車內(nèi)聲壓信號(hào)。結(jié)果如圖7、圖8所示。

圖7 駕駛員右耳聲壓

整理圖7和圖8中各條聲壓曲線的峰值及其對(duì)應(yīng)頻率，如表1所示。

4.3 結(jié)果分析

表1表明，當(dāng)限位塊硬度從70 HA遞減到40 HA的過(guò)程中，駕駛員右耳處峰值聲壓大體呈下降趨勢(shì)，從34 Hz處的86.5 dB下降為31 Hz處的85.4 dB，鼓噪峰值下降了1.1 dB；右后乘客左耳處的峰值聲壓穩(wěn)定下降，34 Hz處的鼓噪峰值從87.6 dB降低為81.2 dB，下降了6.4 dB。

5 結(jié)語(yǔ)

車身板件貢獻(xiàn)量分析結(jié)果表明，后背門為該SUV車型車內(nèi)鼓噪聲貢獻(xiàn)量最大的板件。經(jīng)過(guò)車內(nèi)前后排聲壓測(cè)試探究不同硬度的限位塊對(duì)鼓噪的影響，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：

表1 安裝不同硬度限位塊時(shí)車內(nèi)峰值聲壓及對(duì)應(yīng)頻率

（1）當(dāng)限位塊硬度從原狀態(tài)70 HA下降到40 HA時(shí)，駕駛員右耳處聲壓峰值頻率降低3 Hz，右后乘客左耳處聲壓峰值頻率不變；

（2）當(dāng)限位塊硬度從原狀態(tài)70 HA下降到40 HA時(shí)，駕駛員右耳鼓噪峰值下降1.1 dB，右后乘客左耳處的鼓噪峰值下降6.4 dB，后排降噪效果明顯。

雖然研究結(jié)果表明，隨著限位塊硬度的降低，降噪效果越好，但是對(duì)于限位塊的選擇還要兼顧耐久性，這需要進(jìn)一步研究。

[1]龐劍，諶剛，何華.汽車噪聲與振動(dòng)-理論與應(yīng)用[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2006：398-401.

[2]SUNG S,CHAO S,LINGALA H,et al.Structural acoustic analysis of vehicle body panel participation to interior acoustic boom noise[C].SAE Paper,2011.

[3]SURKUWAR Y,PATCL K,AMARA S,et al.The application of the simulation techniques and reduce the interior noise in bus development[C].SAE Paper,2012.

[4]余雄鷹，劉波.路面激勵(lì)導(dǎo)致的汽車低頻轟鳴聲控制與應(yīng)用研究［C］.中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集，2015 CGNV050：1825-1827.

[5]黃培鑫，蘭鳳崇，陳吉清，等.一種車身結(jié)構(gòu)輻射噪聲快速預(yù)判方法及應(yīng)用[C].中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集，2015，4：1081-1084.

[6]沈偉，易斌，陸偉領(lǐng).動(dòng)力吸振器在降低車內(nèi)路噪中的應(yīng)用[J].汽車工程，2010，32(8)：390-392.

[7]ROBSON DEMETRIUS,ARAUJO ABREN.Operational modalanalysis techniques used for globalmodes identification of vehicle body excited from a vehicle in idle engine[J].SAE Paper,2012,DOI:10.4271.

[8]龐劍.汽車車身噪聲與振動(dòng)控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015，116-119.

Research on the Effect of Backdoor Stopper Block’s Hardness on theAutomotive Rumble Noise

ZHAO Jian-bing1,PENG Shuo2,Zhao Long-can1
(1.College of Vehicle and Energy,Yanshan University,Qinhuangdao 066004,Hebei China;2.Haval Research and Development Center of Great WallAutomobile,Baoding 071000,Hebei China)

In order to solve the rumble noise problem of an SUV,the panel contribution analysis is done and the result shows that the backdoor has the highest contribution to the interior noise.Through the interior sound pressure test,the automotive interior noise signals for different hardness of the backdoor stopper block are gained and compared.It is found that when the hardness of stopper block decreases from 70 HA to 40 HA,the noise peaks at driver’s right ear and rear passenger’s left ear decrease and the noise reduction of the latter can reach 6.4 dB.However,the endurance test is necessary for hardness selection of the stopper blocks.

acoustics;rumble noise;contribution analysis;stopper block;noise peak

TB533；U467.4+93

A

10.3969/j.issn.1006-1355.2017.06.017

1006-1355(2017)06-0086-04

2017-04-16

趙建兵（1989-），男，石家莊市人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)檐囕v工程。

彭碩，主要研究方向?yàn)槠嘚VH性能試驗(yàn)分析與控制。Email:cumt_zjb@163.com