某車型勻速行駛路噪控制研究

劉志鵬

摘要：某轎車勻速行駛過程中，主觀評價后排路噪聲較大，且噪聲頻譜顯示198-222Hz頻段存在噪聲峰值，嚴(yán)重影響車內(nèi)乘坐舒適性。采用車內(nèi)噪聲試驗測試與分析、FTA分析、傳遞路徑貢獻量分析等方法對路噪產(chǎn)生的原因進行研究，確定為后懸架上控制臂車身側(cè)安裝硬點局部動剛度不足引起，通過在后懸架上控制臂加裝動態(tài)吸振器、在車身側(cè)安裝點附近鈑金空腔內(nèi)填充結(jié)構(gòu)膠，后排路噪改善明顯，主、客觀評價均得到高度認可，問題得以解決。

關(guān)鍵詞：路噪；動剛度；動態(tài)吸振器；結(jié)構(gòu)膠

1 引言

目前，汽車舒適性已逐漸受到乘客的重視，較好NVH性能已成為每個汽車品牌成功上市的必要條件。隨著汽車技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展和應(yīng)用，國內(nèi)品牌汽車的整車NVH水平也已得到較高提升。通常，汽車主要噪聲振動源為動力傳動系統(tǒng)、風(fēng)激勵、路面激勵[1]，且隨著車速增加主要激勵源在不斷發(fā)生變化，因此，進行噪聲治理時必須找到主要噪聲激勵源，有的放矢，進行合理降噪。

汽車勻速行駛過程中，發(fā)動機運行平穩(wěn)，噪聲貢獻量較小，主要噪聲源為路噪、風(fēng)噪。其中，低速40-80km/h行駛路面噪聲較明顯，尤其粗糙路面，高速行駛則被風(fēng)噪掩蓋[2]。路噪過高時往往會引起顧客身體不適，易產(chǎn)生抱怨，同時對整車聲品質(zhì)感影響更大，因此，路噪性能提升已成為一個緊迫課題。

2 路噪機理分析

路噪特指由輪胎和路面激勵引起，經(jīng)輪轂單元、懸架結(jié)構(gòu)傳遞至車身而引起的結(jié)構(gòu)輻射噪聲，主要與輪胎、懸架、車身等相關(guān)[3]，路面激勵引起的噪聲主要通過各勻速行駛工況或空擋滑行工況來考查，判斷依據(jù)是在500Hz以下是否存在較窄的聲音峰值或出現(xiàn)較大的振動。

3 問題描述

某款新研發(fā)的轎車，在試制車階段，主觀評價中提出車內(nèi)路噪感較明顯，尤其后排，此噪聲特性類似于“砰砰”的敲鼓聲，車內(nèi)駕乘舒適性較差。進行實車測試，采集勻速40km/h、50km/h、60km/h、80km/h、100km/h五種車速下車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)得出各個勻速下均存在198-222Hz噪聲峰值，與主觀評價車內(nèi)路噪感強烈對應(yīng)。此時將車型投放市場，必將引起顧客抱怨，影響車輛銷售以及公司信譽，因此，必須徹底消除勻速行駛車內(nèi)路噪大的問題。

4 原因分析

4.1 試驗測試

在試驗場道路上對車內(nèi)前、后排噪聲進行測試，前排駕駛員右耳、副駕駛左耳位置、后排左側(cè)及后排右側(cè)四點布置麥克風(fēng)，空調(diào)關(guān)閉狀態(tài)，各車速40km/h、50km/h、60km/h、80km/h、100km/h下勻速工況行駛。

198-222Hz頻帶存在噪聲峰值，車內(nèi)表現(xiàn)為路噪感強烈，經(jīng)公式f=c/2πr（c為聲速、r為所配輪胎中心線的半徑）計算，該頻率范圍與輪胎聲腔模態(tài)相吻合，輪胎的聲腔模態(tài)是輪胎的固有特性，若被激勵則主要通過輪轂、懸架系統(tǒng)經(jīng)車身安裝硬點傳入車內(nèi)形成結(jié)構(gòu)輻射噪聲。因輪胎型號已確定，更換將影響輪胎其他性能，影響整車開發(fā)周期，且從輪胎源頭消除聲腔模態(tài)技術(shù)尚處摸索階段，本文從傳遞路徑角度考慮衰減優(yōu)化。

5 優(yōu)化及驗證

根據(jù)噪聲傳遞特性可知，解決本文路噪問題可從源頭、路徑兩方面共同衰減振動，且主要從后懸架控制臂至車身該條傳遞路徑進行優(yōu)化，如下所述：

方案一、提高后懸架上控制臂車身側(cè)安裝點動剛度，衰減該安裝點Y向振動響應(yīng)，從路徑上減少結(jié)構(gòu)路噪的傳遞。測試顯示上控制臂車身側(cè)安裝點4、5的動剛度分別為2800N/mm、2600N/mm，動剛度明顯不足，甚至低于該安裝點懸架襯套的剛度，導(dǎo)致襯套無法起到衰減振動的作用，一般要求車身側(cè)剛度與襯套剛度的比值應(yīng)不低于20dB[1]。且結(jié)合仿真分析可知，該安裝點動剛度確實不滿足要求。

因后懸架上控制臂車身側(cè)安裝點與車身形成密閉空腔，該方案為通過在安裝點附件的車身鈑金內(nèi)、外空腔內(nèi)填充一種結(jié)構(gòu)膠，如圖9所示，以加強安裝點處的鈑金，從而提高車身處側(cè)安裝點動剛度，減少安裝點Y向振動響應(yīng)，減弱結(jié)構(gòu)路躁的傳遞。

驗證結(jié)果顯示：（1）填充結(jié)構(gòu)膠后上控制臂車身側(cè)安裝點4、5的動剛度分別提高了189.3%和350%，見圖1；（2）上控制臂車身側(cè)安裝點至車內(nèi)NTF在關(guān)心頻段下降5dB左右，；（3）安裝點處Y向振動幅值降低明顯；（4）駕駛員和后排乘客位置198-222Hz噪聲峰值降低2-3dB（A），特使是在中低速40km/h車速下的改善達到了5dB（A）。

方案二、從減小激勵源角度衰減該路徑Y(jié)向的振動。結(jié)構(gòu)路噪主要以振動的形式，由輪轂通過懸架系統(tǒng)傳入車體。因此，降低后懸架上控制臂本體的振動，對振動進行衰減，可以有效減少振動的傳遞，從而抑制車內(nèi)結(jié)構(gòu)路噪。該方案為通過在后控制臂本體增加動力吸振器（技術(shù)參數(shù)：中心頻率220±10Hz，帶寬為100±10Hz），衰減其Y向振動，減少傳遞至車內(nèi)的結(jié)構(gòu)路躁。

驗證結(jié)果顯示：在后懸架上控制臂和轉(zhuǎn)向節(jié)臂連接處Y向安裝動力吸振器，所示，極大改善了后排乘客的198-222Hz的噪聲峰值，所示。經(jīng)主觀評價，路噪改善也較明顯。

最終，同時實施方案一、方案二進行效果驗證，結(jié)果顯示在試驗測試的五種車速下，198-222Hz頻段內(nèi)峰值衰減明顯，駕駛員內(nèi)耳平均下降4dB（A）、左后排內(nèi)耳平均下降6dB（A），且主觀評價時，車內(nèi)前、后排路噪問題改善，能達到甚至超越標(biāo)桿車水平.

6 結(jié)論

（1）針對某車型勻速工況車內(nèi)路噪大的問題，通過試驗測試、FTA分析、傳遞路徑貢獻量分析確定是因后懸架上控制臂與車身連接點動剛度不足導(dǎo)致，尤其是后懸架上控制臂安裝點4的Y向，結(jié)合路徑衰減、降低激勵源兩方面同時優(yōu)化，效果較佳。

（2）通過本文研究表明，在進行懸架系統(tǒng)設(shè)計、懸架車身側(cè)安裝點設(shè)計時，需要注意不僅要關(guān)注懸架桿件之間與車身局部的模態(tài)規(guī)避，還要注意懸架桿件與輪胎空腔模態(tài)避頻，另外，懸架車身側(cè)安裝點局部結(jié)構(gòu)的設(shè)計，盡量采用剛度較大的斷面結(jié)構(gòu)，以衰減來自輪胎和路面至懸架傳遞路徑上的激勵。

參考文獻：

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

[2] 龐劍.汽車車身噪聲與振動控制[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015.

[3] 王萬英，靳曉雄，彭為等.輪胎振動噪聲結(jié)構(gòu)傳遞路徑分析[J].振動與沖擊.2010，29（06）：88～91.