某SUV低頻路噪診斷與優(yōu)化設(shè)計(jì)

何嘉洋

摘 ?要：為解決某SUV車型主觀評(píng)價(jià)中發(fā)現(xiàn)的噪聲問(wèn)題，進(jìn)行了實(shí)車路試與模態(tài)測(cè)試。結(jié)合測(cè)試數(shù)據(jù)與CAE分析結(jié)果，從不同方面分析，最終確定問(wèn)題產(chǎn)生的原因：尾門模態(tài)與聲腔模態(tài)耦合對(duì)車內(nèi)噪聲產(chǎn)生負(fù)面影響?；跍y(cè)試數(shù)據(jù)，利用仿真分析方法對(duì)尾門進(jìn)行優(yōu)化，降低了車內(nèi)后排低頻路噪。

關(guān)鍵詞：低頻路噪;模態(tài)測(cè)試;緩沖塊

中圖分類號(hào)：U467.1 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1005-2550（2020）06-0057-05

Abstract： In order to solve the noise problem found in the subjective evaluation of a SUV model， the vehicle road test and modal test were carried out. Combined test data with CAE analysis results， and analyze from different aspects， the cause of the problem was found out. The tailgate mode coupling with the acoustic cavity mode has a negative impact on the Vehicle Interior Noise. The tailgate is optimized by simulation analysis method on the basic of test data. Finally The low frequency road noise in the rear of the car is reduced.

Key Words： Low Frequency Road Noise; ?Modal Test; ?Buffer

隨著科技進(jìn)步與汽車工業(yè)的發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)汽車各種性能提出了更高的要求。其中NVH（noise、vibration、hardness）性能已經(jīng)成為消費(fèi)者購(gòu)買汽車的重要考慮因素，因此提升汽車的NVH性能以滿足消費(fèi)者的需求，成為了各個(gè)主機(jī)廠的努力方向。

本文針對(duì)某SUV車型在粗糙路面以60km/h勻速行駛時(shí)，車內(nèi)后排低頻路噪突出，通過(guò)實(shí)車測(cè)試與仿真分析，找出問(wèn)題的原因并提出解決辦法。

1 ? ?問(wèn)題描述

某SUV主觀評(píng)估時(shí)反饋粗糙路面勻速60km/h 駛時(shí)，車內(nèi)有低頻壓耳感，且后排位置比前排嚴(yán)重。客觀數(shù)據(jù)頻譜分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，車內(nèi)噪聲頻譜在低頻段49Hz存在較大峰值，與主觀評(píng)估較為吻合，且車內(nèi)噪聲表現(xiàn)為從前至后依次增大。測(cè)試數(shù)據(jù)如圖1所示：

2 ? ?問(wèn)題分析

該問(wèn)題為典型路噪問(wèn)題，路面激勵(lì)通過(guò)輪胎傳遞到輪心，輪心傳入懸架，再通過(guò)懸架傳遞到車身，引起車身局部鈑金振動(dòng)，并向車內(nèi)輻射噪聲。問(wèn)題頻率為49Hz附近，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)分析，考慮為路面激勵(lì)引起車身局部模態(tài)共振，或與車內(nèi)聲腔模態(tài)相耦合，從而引起車內(nèi)轟鳴聲，所以分別對(duì)聲腔模態(tài)與車身局部模態(tài)進(jìn)行排查。

2.1 ? 聲腔模態(tài)排查

在Hyper mesh中建立該車型聲腔有限元模型，并通過(guò)仿真計(jì)算得到聲腔模態(tài)結(jié)果，如表1所示：

聲腔縱向一階模態(tài)頻率為49.8Hz，與車內(nèi)49Hz噪聲峰值頻率比較接近，其聲腔模態(tài)圖如圖2所示：

2.2 ? 車身局部模態(tài)排查

對(duì)車身進(jìn)行模態(tài)測(cè)試發(fā)現(xiàn)尾門外板模態(tài)頻率在48.6Hz存在模態(tài)，整體呈現(xiàn)整車X向平動(dòng)并伴有局部變形，結(jié)合如圖3所示的模態(tài)頻響函數(shù)曲線分析，認(rèn)為該模態(tài)為尾門的剛體模態(tài)，局部變形可能由該處剛度不足引起，易于聲腔模態(tài)相耦合。模態(tài)振型如圖4所示。

同時(shí)尾門內(nèi)板模態(tài)頻率在49.6Hz存在模態(tài)，呈現(xiàn)整車X向平動(dòng)伴隨中部彎曲，模態(tài)振型如圖5所示：

綜合測(cè)試與仿真結(jié)果，初步認(rèn)為噪聲問(wèn)題原因是縱向一階聲腔模態(tài)與尾門模態(tài)耦合共振，對(duì)車內(nèi)噪聲產(chǎn)生了影響。下面對(duì)此進(jìn)行驗(yàn)證。

3 ? ?問(wèn)題確認(rèn)

3.1 ? 聲腔模態(tài)影響驗(yàn)證

實(shí)際操作中改變車內(nèi)聲腔模態(tài)比較難以實(shí)現(xiàn)，通過(guò)打開(kāi)尾門的方式破壞車內(nèi)聲腔。在僅打開(kāi)尾門的條件下進(jìn)行勻速60km/h路噪采集。測(cè)試結(jié)果如圖6所示，后排問(wèn)題峰值噪聲大幅度下降。

3.2 ? 車身局部模態(tài)驗(yàn)證

模態(tài)實(shí)驗(yàn)分析的是系統(tǒng)的固有屬性，即固有頻率，不隨外力作用的時(shí)間和頻率改變。只有當(dāng)系統(tǒng)的阻尼、剛度和質(zhì)量或約束條件改變時(shí)，這種固有頻率才會(huì)發(fā)生變化。一般結(jié)構(gòu)的阻尼比一般遠(yuǎn)小于10%，根據(jù)無(wú)阻尼固有頻率與有阻尼固有頻率關(guān)系式：

模態(tài)振型表示結(jié)構(gòu)可能存在的變形形狀，而變形形狀是與應(yīng)變能直接關(guān)聯(lián)的，應(yīng)變值大的單元對(duì)模態(tài)頻率與振型影響也大。因此可以識(shí)別變形大的位置增加質(zhì)量塊改變其結(jié)構(gòu)特性從而改變模態(tài)進(jìn)行問(wèn)題排查。

為了了解尾門在工作中的變形情況，對(duì)尾門在粗糙路面進(jìn)行60km/h路噪測(cè)試及整體ODS（Operation Deflection Shapes）排查。ODS即結(jié)構(gòu)的工作變形分析，其不同于模態(tài)測(cè)試，ODS測(cè)試值會(huì)隨著激勵(lì)力的變化而變化，更真實(shí)的反應(yīng)出工作過(guò)程中結(jié)構(gòu)的振動(dòng)情況，而模態(tài)測(cè)試分析的是結(jié)構(gòu)的固有屬性。ODS測(cè)試結(jié)果如圖7所示：

ODS測(cè)試結(jié)果顯示，尾門整體在50Hz峰值最大，變形程度最大，與模態(tài)測(cè)試結(jié)果相對(duì)應(yīng)。

根據(jù)模態(tài)振形與ODS確定尾門外板車牌安裝位置附近與尾門內(nèi)板中部變形最大，在尾門內(nèi)、外板變形最大處分別增加5Kg質(zhì)量塊并在粗糙路面進(jìn)行60km/h路噪測(cè)試，結(jié)果如圖8所示。路噪結(jié)果顯示，尾門外板增加質(zhì)量塊后車內(nèi)噪聲沒(méi)有改善，尾門內(nèi)板增加質(zhì)量塊后車內(nèi)49Hz噪聲峰值下降了3.6dB（A）。所以尾門內(nèi)板是影響車內(nèi)噪聲的主要因素。

3.3 ? 改變尾門約束狀態(tài)

將尾門內(nèi)外板看為整體，由公式（2）可知，改變系統(tǒng)的剛度或質(zhì)量會(huì)對(duì)模態(tài)頻率產(chǎn)生影響。改變尾門的約束條件能使尾門整體的剛度發(fā)生變化，從而使模態(tài)頻率改變。拆除不同數(shù)量尾門緩沖塊可以形成不同的約束條件，這也是最直接、快捷的方式。

對(duì)稱拆除尾門2個(gè)及4個(gè)緩沖塊后，分別在粗糙路面進(jìn)行了60km/h路噪測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖9所示，拆除2個(gè)緩沖塊后排噪聲下降了3.2dB（A）;拆除4個(gè)緩沖塊后排噪聲下降了7.1dB（A）。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果可知，拆除數(shù)量不等的緩沖塊后形成不同的約束條件，對(duì)尾門模態(tài)頻率影響效果有所差異，對(duì)車內(nèi)噪聲改善的效果也不一樣。

通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證分析，基本可確認(rèn)該問(wèn)題由路面激勵(lì)引起車身局部共振與車內(nèi)聲腔模態(tài)耦合。

4 ? ?優(yōu)化措施

尾門模態(tài)與聲腔耦合模態(tài)是由尾門鈑金變形和與聲腔的聲壓改變相互作用，互相影響的。相對(duì)于聲腔模態(tài)振型控制，模態(tài)避頻改動(dòng)小、易實(shí)現(xiàn)，通常作為解決問(wèn)題的首選，以下優(yōu)化方案都針對(duì)尾門進(jìn)行展開(kāi)。

4.1 ? 方案1：尾門內(nèi)外板間增加支撐

運(yùn)用CAE分析方法在尾門內(nèi)板薄弱處增加支撐支架，支架支撐在尾門內(nèi)板上，支撐腳固定在尾門外板內(nèi)側(cè)。完成加強(qiáng)方案，導(dǎo)出數(shù)模，使用Optistruct計(jì)算尾門0-100Hz范圍內(nèi)的模態(tài)。分析結(jié)果表明該方案將尾門整體模態(tài)提升至53.3Hz，局部區(qū)域有所加強(qiáng)。與聲腔縱向一階模態(tài)錯(cuò)開(kāi)3.5Hz。優(yōu)化結(jié)果如圖10所示：

將CAE優(yōu)化方案進(jìn)行樣件試制并安裝在仿真優(yōu)化的位置在粗糙路面進(jìn)行60km/h行駛方案驗(yàn)證，后排噪聲在49Hz峰值處下降了3.2dB（A），有效地改善了車內(nèi)噪聲。結(jié)果如圖11所示：

4.2 ? 方案2：實(shí)車更改緩沖塊硬度驗(yàn)證

該車型尾門共有四個(gè)緩沖塊，在關(guān)閉尾門時(shí)起緩沖作用。更改緩沖塊硬度可以改變尾門整體模態(tài)，由于該尾門初始狀態(tài)剛體模態(tài)頻率較高，故可以將剛體模態(tài)頻率適當(dāng)降低。根據(jù)要求收集了60HA、50HA、40HA（邵氏A硬度）三個(gè)不同硬度的緩沖塊在粗糙路面進(jìn)行60km/h路噪測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如圖12所示，采用60HA硬度的緩沖塊峰值噪聲下降了2.1dB（A）;采用50HA硬度的緩沖塊峰值噪聲下降了4.7dB（A）;采用40HA硬度的緩沖塊峰值噪聲下降了6.6dB（A）。對(duì)于本車型采用的緩沖塊硬度越低，噪聲峰值的改善效果越好，但是低硬度緩沖塊能否滿足耐久、疲勞等性能的要求，還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

5 ? ?結(jié)論

改變尾門模態(tài)的方法除了在結(jié)構(gòu)上增加質(zhì)量、剛度以及優(yōu)化結(jié)構(gòu)外，還可以改變結(jié)構(gòu)的約束條件。本文分析了某SUV車型在粗糙路面以60km/h勻速行駛時(shí)的車內(nèi)后排噪聲明顯的原因，并提出了尾門內(nèi)外板間增加支撐、更改緩沖塊硬度兩個(gè)解決方案，使尾門模態(tài)避開(kāi)了聲腔模態(tài)，降低了模態(tài)耦合的風(fēng)險(xiǎn)。

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