某轎車高速行駛后排轟鳴聲改善研究

張強(qiáng) 李守魁 畢金亮 趙晶寶 陳曉梅

摘要：本文針對(duì)某前置后驅(qū)轎車高速行駛時(shí)車內(nèi)后排出現(xiàn)的轟鳴聲，從激勵(lì)源、傳遞路徑和響應(yīng)三個(gè)方面進(jìn)行了影響因素分析，論證了變速箱標(biāo)定、排氣消音結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)系動(dòng)不平衡、后副車架襯套隔振和車身局部結(jié)構(gòu)對(duì)轟鳴聲的影響，制定了有效可行的解決方案，使轟鳴聲降低8dB（A），主觀評(píng)價(jià)轟鳴聲消失。

關(guān)鍵詞：轟鳴聲;滑摩;排氣;傳遞路徑;聲固耦合

中圖分類號(hào)：U461.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005-2550（2019）06-0014-05

The Study on Improving Booming Noise in Back Row of Vehicle at

High Speed

ZHANG Qiang"， LI shou-kuit， BI Jin-liang”， ZHAO jing-?bao"？， CHEN Xiao-mei+2（ 1.China FAW Group Co.， Ltd， Changchun 130013 China ; 2. State Key Laboratory ofComprehensive Technology on Automobile Vibration and Noise & Safety Control， Changchun?130011 China）

Abstract： Aiming at the booming noise in back row of a FR layout car at high speed， The?paper analyzed the influence factors from three aspects： excitation source， transmission path?and response， and the effects of gearbox calibration， exhaust muffler structure， dynamic imbalance?of transmission system， vibration isolation of rear sub-frame bushing and local?structure of body on the booming noise are demonstrated， effective and feasible improvement?measures are formulated. The booming noise was reduced by 8 dB （A） to an acceptable level?subjectively.

Key Words： Booming noise; Slip; Exhaust; Transfer Path; Acoustic-structural Coupling

張強(qiáng)

畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科學(xué)歷現(xiàn)就職于中國(guó)第一汽車股份有限公司研發(fā)總院，任整車NVH性能控制主管，主要從事汽車NVH性能開發(fā)工作。

引言

隨著生活品質(zhì)的快速提升，人們對(duì)汽車舒適性的要求也隨之提高，振動(dòng)噪聲作為舒適性的重要內(nèi)容之一，已成為人們購(gòu)買車輛與否的重要判斷依據(jù)和車輛使用過程中的重要關(guān)注點(diǎn)。車內(nèi)轟鳴聲是汽車噪聲問題中常見的一種，汽車在封閉狀態(tài)下，車內(nèi)空氣作為彈性體會(huì)形成許多振動(dòng)模態(tài)，受到發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)或路面激勵(lì)時(shí)，車身某些鈑金的振動(dòng)頻率與密閉空氣的固有模態(tài)頻率一致，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的耦合，空氣產(chǎn)生體積變化，使車內(nèi)產(chǎn)生很高的壓力脈動(dòng)，引起人耳不適，甚至出現(xiàn)頭暈、惡心等癥狀，嚴(yán)重影響乘坐舒適性?！?】

1問題概述

某前置后驅(qū)轎車在車速90～110km/h之間加速行駛時(shí)，后排乘員感受到強(qiáng)烈壓耳的轟鳴聲。針對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行客觀測(cè)試，以手動(dòng)模式6檔全油門加速工況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，車速覆蓋90～130km/h，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?500r/min升至2300r/min，后排噪聲測(cè)試結(jié)果如圖1所示。分析結(jié)果表明，轟鳴聲發(fā)生的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍是1600～1950r/min，由發(fā)動(dòng)機(jī)2階激勵(lì)引起。

2轟鳴聲影響因素分析

該車的轟鳴聲發(fā)生在高檔位、低轉(zhuǎn)速、變速箱鎖止時(shí)刻，激勵(lì)源主要包括動(dòng)力總成自身激勵(lì)和排氣管口噪聲。變速箱鎖止時(shí)，動(dòng)力總成激勵(lì)變大，一部分通過懸置傳遞到車體;一部分通過傳動(dòng)軸、后橋、后副車架傳遞到車體;另一部分通過排氣管、排氣吊耳傳遞到車體。共同作用激起車身結(jié)構(gòu)局部模態(tài)，并與乘員艙聲腔模態(tài)、以及傳遞到車內(nèi)的排氣口噪聲發(fā)生聲固耦合，在后排處形成壓耳的轟鳴聲，整個(gè)傳遞過程如圖2所示。

2.1動(dòng)力總成激勵(lì)影響分析——自動(dòng)變速器鎖止及滑摩控制策略

自動(dòng)變速箱鎖止離合器滑摩控制技術(shù)，是通過對(duì)鎖止離合器摩擦片上壓緊力的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)鎖止離合器微小滑摩的精確控制。當(dāng)鎖止離合器存在微小滑摩而非完全鎖止時(shí)，一部分動(dòng)力經(jīng)液力傳動(dòng)，另一部分經(jīng)鎖止離合器機(jī)械傳動(dòng)。液力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)聯(lián)合作用，可以很好的平衡傳動(dòng)系.的傳動(dòng)效率和抗振緩沖性能，使鎖止領(lǐng)域得到充分的擴(kuò)展，而這其中的關(guān)鍵就在于鎖止點(diǎn)、滑摩差和滑摩區(qū)間的確定。

下圖3為該轎車手動(dòng)模式最高檔加速時(shí)，鎖止?fàn)顟B(tài)和滑摩狀態(tài)（滑摩差50r/min）車內(nèi)后排2階噪聲對(duì)比?；顟B(tài)2階噪聲在整個(gè)轟鳴轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)降低約10dB（A），主觀評(píng)價(jià)車內(nèi)后排轟鳴聲消失。

試驗(yàn)結(jié)果表明，通過滑摩和優(yōu)化鎖止點(diǎn)，能有效衰減動(dòng)力總成扭振激勵(lì)，解決車內(nèi)轟鳴，但考慮到油耗和動(dòng)力性，決定從其他路徑解決。

2.2排氣系統(tǒng)噪聲影響分析

分析圖4中的排氣管口噪聲測(cè)試結(jié)果，2階噪聲1400-2250r/min范圍內(nèi)存在明顯峰值，與轟鳴聲發(fā)生的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍相符。圖5的排氣吊耳受力測(cè)試結(jié)果顯示，7個(gè)排氣吊耳的受力在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1700-2000r/min之間都明顯增大，推斷是由于排氣脈沖氣流激起排氣系統(tǒng)模態(tài)后，從排氣吊耳、吊鉤傳遞到了車身。

結(jié)合CAE仿真分析和試驗(yàn)手段，對(duì)排氣后消內(nèi)部結(jié)構(gòu)和尾管進(jìn)行多輪優(yōu)化及驗(yàn)證，最終確定圖6（b）中的排氣后消方案，使轟鳴聲在峰值處下降4dB（A）左右，如圖6（c）所示。

2.3傳動(dòng)軸1階振動(dòng)影響分析

在轟鳴聲解決過程中，發(fā)現(xiàn)部分問題車輛后排噪聲頻譜圖（跟蹤發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）中，除了2階噪聲，1.72階噪聲也存在問題，經(jīng)過速比計(jì)算，與傳動(dòng)軸1階相對(duì)應(yīng)，其主要由傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)過程中自身動(dòng)不平衡引起。優(yōu)化傳動(dòng)軸動(dòng)不平衡量由47g.cm降低至8g.cm，結(jié)果如圖7（a）所示，差速器殼體上監(jiān)測(cè)到的傳動(dòng)軸1階振動(dòng)明顯變小達(dá)到目標(biāo)，車內(nèi)后排1.72階噪聲消失，轟鳴聲下降2.7dB（A），如圖7（c）所示。確定車內(nèi)后排1.72階噪聲，是由傳動(dòng)軸動(dòng)不平衡量過大導(dǎo)致1階振動(dòng)大，通過差速器殼體、后副車架傳遞到車身再到車內(nèi)。其大小在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)達(dá)到甚至超過車內(nèi)后排2階噪聲，由于兩個(gè)階次噪聲相鄰較近形成“拍”，使得2階轟鳴聲進(jìn)一步增大。

2.4傳遞路徑影響分析

對(duì)傳遞路徑進(jìn)行排查測(cè)試和分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置、傳動(dòng)軸中間支撐、排氣吊耳的隔振和車身的隔聲能力都達(dá)到既定的開發(fā)目標(biāo)，且在對(duì)應(yīng)的頻率未發(fā)現(xiàn)異常，但后副車架襯套在問題轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)隔振效果較差。

為了抑制動(dòng)力總成激勵(lì)從傳動(dòng)軸、差速器、后副車架到車身的傳遞，后副車架襯套的隔振起著關(guān)鍵作用，為提高襯套隔振量，對(duì)剛度參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，如表1所示，優(yōu)化后隔振量變化情況如圖8所示，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1900r/min以內(nèi)襯套隔振量明顯提升，車內(nèi)后排2階噪聲在1900r/min以內(nèi)降低2dB（A）左右。

2.5響應(yīng)分析

分析車身側(cè)后副車架安裝點(diǎn)、排氣吊耳安裝點(diǎn)到后排耳旁的力一聲傳遞函數(shù)試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)60Hz附近響應(yīng)較大，如圖9所示。進(jìn)一步分析車身的聲腔模態(tài)與聲固耦合模態(tài)，車內(nèi)駕駛員座椅位置安裝中低頻體積聲源，前后縱梁對(duì)角位置安裝電磁式激振器，同時(shí)進(jìn)行激勵(lì)，試驗(yàn)結(jié)果如圖10所示，60Hz左右車身后左、后右側(cè)圍局部振動(dòng)大，車內(nèi)空腔后部和行李箱聲音大。

通過CAE對(duì)車身側(cè)排氣吊耳安裝點(diǎn)-后排外耳進(jìn)行NTF仿真分析，以及車身板結(jié)構(gòu)貢獻(xiàn)量分析，結(jié)果如圖11所示，識(shí)別出車身結(jié)構(gòu)的主要問題為：排氣吊鉤剛度低，NVH傳遞路徑貢獻(xiàn)大;后輪罩區(qū)域空腔存在聲振耦合現(xiàn)象;頂蓋后橫梁模態(tài)頻率接近問題頻率。針對(duì)這三項(xiàng)問題制定措施：排氣后部吊鉤結(jié)構(gòu)更改;后輪罩外板車內(nèi)側(cè)加阻隔材料;頂棚后橫梁增加質(zhì)量塊。經(jīng)實(shí)車驗(yàn)證，轟鳴聲在峰值處下降3dB（A）左右，如圖12所示。

3改善方案及效果

自動(dòng)變速器滑摩和鎖止控制策略的調(diào)整，對(duì)耐久性、動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性和駕駛性影響較大，且考慮到該項(xiàng)目的開發(fā)周期，不能作為該車轟鳴聲的解決措施。從其他激勵(lì)源、以及路徑和響應(yīng)方向?qū)で蠼鉀Q方案，包括：優(yōu)化排氣消聲器和尾管結(jié)構(gòu)、后副車架襯套剛度降低50%、排氣吊鉤剛度提升至3500N/mm;頂棚后橫梁加2kg質(zhì)量塊;后輪罩外板車內(nèi)側(cè)填充阻隔材料，控制好傳動(dòng)系動(dòng)不平衡量不大于10g.cm，使后排轟鳴聲在峰值處降低了8dB（A），如圖13所示，主觀評(píng)價(jià)轟鳴聲消失。

4結(jié)論

（1）本文研究了該車高速行駛時(shí)的后排轟鳴聲，是由自動(dòng)變速箱鎖止和排氣消聲能力不足引起的多激勵(lì)源、多傳遞路徑、多響應(yīng)的聲振耦合問題。

（2）通過試驗(yàn)和CAE仿真相結(jié)合，能夠快速有效且針對(duì)性地從激勵(lì)源、傳遞路徑和響應(yīng)三個(gè)方面對(duì)轟鳴聲進(jìn)行問題分析和方案論證。

（3）轟鳴聲有時(shí)只從源、或傳遞路徑、或響應(yīng)的優(yōu)化就可解決，有時(shí)卻需綜合多方面解決。

參考文獻(xiàn)：

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專家推薦

劉浩：

文章對(duì)某前置后驅(qū)車的后排的轟鳴聲問題，從激勵(lì)源、傳遞路徑和響應(yīng)三個(gè)方面進(jìn)行了分析與驗(yàn)證，確定了問題的根源在于離合器的鎖止過程的振動(dòng)激勵(lì)，鑒于開發(fā)時(shí)間等限制，最后對(duì)傳遞路徑，車身等多處實(shí)施了被動(dòng)降噪方案，解決了問題。內(nèi)容與過程是解決汽車NVH問題的典型案例，具有參考價(jià)值。