某電動(dòng)汽車路面激勵(lì)噪聲控制研究

馬曉敏 王朝建 陳峰

摘 要：為解決某電動(dòng)汽車車內(nèi)路面激勵(lì)噪聲在56Hz附近聲壓級(jí)過大的問題，基于試驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。利用傳遞路徑（TPA）法和CAE手段分析出導(dǎo)致56Hz噪聲的主要部件，驗(yàn)證臨時(shí)方案的可行性，進(jìn)而進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。CAE驗(yàn)證結(jié)果表明優(yōu)化方案效果明顯，該方案可用于解決路面激勵(lì)導(dǎo)致的NVH問題。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;路噪;CAE;優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U467 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）09-39-03

Study on Pavement Excitation Noise Control of?the?Electric Vehicle

Ma?Xiaomin¹， Wang?Chaojian^2*， Chen Feng³

（ 1.Urumqi Sanhe Hengxin Engineering Technology?Co.， Ltd. Xinjiang?Urumqi 830026;2.Hunan Zhidian?I_NEV?Co.， Ltd.， Hunan Zhuzhou?412007;?3.Zhejiang Geely Holding Group Co.，?Ltd.， Zhejiang Hangzhou 311228?）

Abstract：?In?order to solve the problem that the sound pressure level of the pavement excitation noise of the electric vehicle is too high near 56Hz， research is performed based on test?data. Using TPA and CAE to analyze the main component that cause noise near 56 Hz， through verifying feasibility of the temporary scheme， then optimize the structure. The CAE verification results show that the optimized scheme is effective， and the scheme can be used to solve the NVH problem that caused?by pavement excitation.

Keywords：?Electric?vehicle; Road?noise;?CAE; Optimize

CLC NO.：?U467 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）09-39-03

前言

路面激勵(lì)噪聲是消費(fèi)者最為關(guān)注的產(chǎn)品性能之一^[1]。由于電動(dòng)汽車中沒有發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)，這時(shí)路面激勵(lì)噪聲顯得更為明顯，直接影響到車內(nèi)駕乘人員的舒適性。因此，控制路面激勵(lì)噪聲具有重要的工程意義^[2]。文章對(duì)某開發(fā)中車型存在的56Hz路面激勵(lì)噪聲進(jìn)行研究，從傳遞路徑和響應(yīng)上對(duì)噪聲產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，在臨時(shí)方案驗(yàn)證可行的基礎(chǔ)上，提出優(yōu)化方案，通過CAE分析，驗(yàn)證該方案有效。

1?路面激勵(lì)噪聲產(chǎn)生機(jī)理及控制方法研究

1.1 產(chǎn)生機(jī)理

路面激勵(lì)噪聲主要是由于車輛在粗糙路面上行駛時(shí)，輪胎與路面的相互作用產(chǎn)生振動(dòng)通過懸架系統(tǒng)傳遞至車身，通過車身板件輻射及乘員艙聲腔的耦合產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)噪聲，最終傳遞至人耳。

根據(jù)車內(nèi)噪聲傳播的方式不同，路面激勵(lì)噪聲一般可分為結(jié)構(gòu)傳遞噪聲和空氣傳遞噪聲。車輛在粗糙路上行駛時(shí)，輪胎受到粗糙路面的激勵(lì)，由底盤和車身傳遞到車內(nèi)的噪聲稱為結(jié)構(gòu)傳遞噪聲，通常頻率區(qū)間為20～400Hz。輪胎與路面產(chǎn)生的摩擦聲通過空氣直接傳遞至車內(nèi)，稱為空氣傳遞噪聲，通常頻率大于600Hz。

1.2 控制方法

基于路面激勵(lì)噪聲的發(fā)生機(jī)理，可以從激勵(lì)源、傳遞路徑及響應(yīng)三個(gè)方面進(jìn)行控制^[2]。

（1）路面激勵(lì)作用于輪胎產(chǎn)生的振動(dòng)，主要通過輪胎的傳遞特性進(jìn)行控制。

（2）優(yōu)化懸架的隔振性能、懸架結(jié)構(gòu)及襯套參數(shù)，減小懸架到車身安裝點(diǎn)的振動(dòng)傳遞。

（3）車身響應(yīng)控制，包括懸架安裝點(diǎn)剛度及到車內(nèi)的振動(dòng)傳遞函數(shù)（VTF）和噪聲傳遞函數(shù)（NTF）控制，車身整體、局部模態(tài)的解耦等。

上述路面激勵(lì)噪聲的控制方法中，輪胎和懸架參數(shù)的優(yōu)化可能會(huì)與平順性及操穩(wěn)產(chǎn)生沖突，優(yōu)化過程中需綜合權(quán)衡車輛各方面性能。本文將從車身局部模態(tài)的解耦進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化。

2?路面激勵(lì)噪聲控制研究

某項(xiàng)目車型在樣車階段，主觀評(píng)價(jià)車內(nèi)低頻噪聲嚴(yán)重且有明顯壓耳感，嚴(yán)重影響車內(nèi)乘坐舒適性。利用LMS Test.Lab測(cè)試設(shè)備對(duì)車內(nèi)噪聲進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過對(duì)不同頻率下的噪聲峰值進(jìn)行分析，根據(jù)分析鎖定的問題原因進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低該車型路面激勵(lì)噪聲，提升整車NVH性能。

2.1 車內(nèi)噪聲問題分析

圖1為該車型和標(biāo)桿車在粗糙瀝青路面上以勻速40km/h行駛時(shí)，后排右側(cè)乘客右耳處測(cè)試得到的聲壓級(jí)曲線。

測(cè)試結(jié)果表明，樣車后排在低頻段噪聲聲壓級(jí)值相對(duì)標(biāo)桿車較大，尤其是在56Hz處噪聲存在較大的峰值;通過聲品質(zhì)診斷發(fā)現(xiàn)，56Hz噪聲峰值對(duì)后排壓耳感占主要貢獻(xiàn)。

2.2?路面激勵(lì)噪聲源分析

從噪聲傳遞路徑分析，輪胎的振動(dòng)通過懸架、后橋、副車架等傳遞至車身，通過板件輻射及乘員艙聲腔的耦合產(chǎn)生結(jié)構(gòu)噪聲，最終傳遞至人耳。通過TPA方法對(duì)樣車在粗糙瀝青路面上以勻速40km/h行駛時(shí)車內(nèi)產(chǎn)生的56Hz噪聲進(jìn)行排查，最終鎖定頂棚前橫梁對(duì)56Hz噪聲影響最大。圖2為通過測(cè)試得到的頂棚前橫梁-后排右側(cè)乘客右耳位置噪聲傳遞函數(shù)曲線。

圖3為通過測(cè)試得到的頂棚前橫梁頻響函數(shù)（FRF）曲線。

圖4為通過測(cè)試得到的糙瀝青路面勻速40km/h頂棚前橫梁Z向振動(dòng)曲線。

對(duì)樣車車身局部模態(tài)進(jìn)行測(cè)試分析，從測(cè)試結(jié)果看，頂棚前橫梁模態(tài)為56Hz與車內(nèi)噪聲頻率接近，同時(shí)激勵(lì)頂棚前橫梁，測(cè)試結(jié)果表明車內(nèi)后排NTF在56Hz存在較為明顯的噪聲峰值;另，從頂棚前橫梁振動(dòng)來看，前橫梁56Hz處振動(dòng)較大。由此可說明產(chǎn)生56Hz噪聲的原因?yàn)轫斉锴皺M梁56Hz模態(tài)與車內(nèi)聲腔模態(tài)耦合。

2.3?路面激勵(lì)噪聲優(yōu)化

板件的振動(dòng)控制在路面激勵(lì)噪聲控制中起到至關(guān)重要的作用。

2.3.1?臨時(shí)方案試驗(yàn)驗(yàn)證

通過在頂棚前橫梁增加1.5kg質(zhì)量塊，降低前橫梁模態(tài)頻率提升阻抗能力，臨時(shí)驗(yàn)證方案如圖5所示。

對(duì)臨時(shí)方案進(jìn)行驗(yàn)證，測(cè)試結(jié)果如圖6和圖7所示。從整車驗(yàn)證結(jié)果來看，頂棚前橫梁增加質(zhì)量塊后后排右側(cè)乘客右耳位置56Hz噪聲峰值降低5dB（A）左右;?頂棚56Hz處振動(dòng)峰值降低明顯。從主觀評(píng)價(jià)來看，頂棚前橫梁增加質(zhì)量塊后車內(nèi)后排噪聲壓耳感改善明顯。

2.3.2?優(yōu)化方案

結(jié)合TPA分析結(jié)果和臨時(shí)方案驗(yàn)證結(jié)果，對(duì)頂棚前橫梁結(jié)構(gòu)與聲腔耦合產(chǎn)生的噪聲，優(yōu)化方法有兩種：（1）優(yōu)化橫梁;（2）通過加強(qiáng)結(jié)構(gòu)減小橫梁的振動(dòng)，從而降低車內(nèi)噪聲。

綜合考慮項(xiàng)目成本及周期，采用更改橫梁結(jié)構(gòu)和加強(qiáng)橫梁來降低車內(nèi)56Hz噪聲峰值。頂棚前橫梁優(yōu)化方案如圖8所示。方案1把前橫梁深度向-Z向拉深15mm，增重0.2Kg;方案2對(duì)中間橫梁截面進(jìn)行優(yōu)化，并增加兩邊搭接件與中間橫梁之間的焊點(diǎn)連接，兩邊搭接件與A柱增加焊縫連接。

2.3.3?優(yōu)化方案CAE驗(yàn)證

通過對(duì)原方案的頂棚前橫梁和優(yōu)化后頂棚前橫梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)傳遞函數(shù)分析，其中對(duì)左前減震器接附點(diǎn)、副車架接附點(diǎn)、后橋接附點(diǎn)的X、Y、Z方向進(jìn)行激勵(lì)，得到前橫梁處的振動(dòng)位移，如圖9和圖10，圖中所示為Z向激勵(lì)結(jié)果。

從分析結(jié)果可知，優(yōu)化后的頂棚前橫梁56Hz處的振動(dòng)峰值較原方案有明顯降低。CAE驗(yàn)證結(jié)果表明優(yōu)化后的方案效果明顯。后續(xù)將制作快速成型樣件進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證。

3 結(jié)論

針對(duì)某車型在粗糙路面上行駛時(shí)產(chǎn)生的低頻噪聲，通過對(duì)噪聲產(chǎn)生的機(jī)理及傳遞路徑進(jìn)行分析，對(duì)56Hz噪聲的峰值進(jìn)行優(yōu)化，通過優(yōu)化頂棚前橫梁結(jié)構(gòu)改善56Hz左右峰值，通過對(duì)優(yōu)化后的方案進(jìn)行分析，輪胎激勵(lì)至頂棚前橫梁的振動(dòng)峰值較原方案明顯降低，后續(xù)將對(duì)該優(yōu)化方案進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)

[1]?楊國(guó)富，呼華斌等.NVHD環(huán)境下Spindle Load的某車型路噪性能分析及優(yōu)化.Altair?2015技術(shù)大會(huì)論文集.

[2]?賈小利，張軍等.路面激勵(lì)下車內(nèi)噪聲改善方法[J].汽車電器.2018， 7：30-33.