汽車側(cè)門內(nèi)板共振噪聲優(yōu)化方法

謝業(yè)遠(yuǎn) 肖甫 廖劍云

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

隨著人們生活水平的提高和汽車工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，人們不再滿足于汽車的行駛工具屬性，“家居化”成為汽車行業(yè)發(fā)展的趨勢之一，車輛內(nèi)可實現(xiàn)辦公、休息、游戲等多種使用場景，對汽車乘員艙NVH靜謐性能的要求也日益提高。

以前對噪聲的查找都是用已生產(chǎn)出來的車輛進(jìn)行測試，結(jié)合測試人員聽覺及測量設(shè)備獲取的結(jié)果進(jìn)行分析，測試周期長，結(jié)果偏差大。隨著虛擬分析方法的不斷改進(jìn)，分析結(jié)果與實車測試結(jié)果接近，虛擬分析方法已越來越多應(yīng)用于整車開發(fā)數(shù)據(jù)階段的分析，提前發(fā)現(xiàn)問題并更改完善，縮短項目開發(fā)周期。噪聲傳遞函數(shù)（NTF，簡稱傳函）主要是指輸入激勵載荷與輸出噪聲之間的對應(yīng)函數(shù)關(guān)系，用于評價車輛結(jié)構(gòu)對振動發(fā)聲的靈敏度特性；NTF越來越多應(yīng)用于評價整車NVH性能目標(biāo)設(shè)定及分解，通過CAE虛擬分析整車各零部件對噪聲傳遞的貢獻(xiàn)量，并快速分析新方案對NVH的改善程度。

2 問題來源及原因分析

2.1 問題來源

某車型做整車動態(tài)NVH測試，發(fā)動機(jī)點火后，輕踩油門踏板使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速上升，發(fā)動機(jī)在某一轉(zhuǎn)速范圍時，駕駛員及第二排乘客接收到尖銳噪聲；當(dāng)車輛在試驗場以勻速60km/h在粗糙路面工況上行駛時，駕駛員及第二排乘員也接收到較明顯的尖銳噪聲。噪聲使人感覺不舒服，影響駕駛員駕車安全及乘員乘坐舒適性；需消除噪聲，提升駕乘感知，提高整車品質(zhì)。

2.2 產(chǎn)生噪聲原因分析

車輛噪聲主要有發(fā)動機(jī)高速運轉(zhuǎn)噪聲、車輛行駛時的胎噪及風(fēng)噪、車身異響等噪聲類型。動力及傳動系統(tǒng)激勵引起的車內(nèi)噪聲主要分為兩類：輻射噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲。其中輻射噪聲主要通過空氣傳遞到車內(nèi)，系統(tǒng)激勵振動通過不同路徑傳遞到車身，車身薄壁件的振動與車內(nèi)聲腔耦合振動，引起結(jié)構(gòu)噪聲。

本案為整車在兩種不同駕駛狀態(tài)下發(fā)生的噪聲問題，實車故障排查，排除了零件搭接不牢而導(dǎo)致的相互碰撞異響；再進(jìn)一步對異響集中區(qū)域拆除零件查找噪音源，發(fā)現(xiàn)噪聲異響為前后門內(nèi)板振動引起。采用CAE方法進(jìn)行虛擬分析，發(fā)現(xiàn)激勵頻率在38Hz附近，前后側(cè)門內(nèi)板結(jié)構(gòu)振動變形量達(dá)到最大值，如圖1。

圖1 38Hz附近前后門內(nèi)板變形示意圖

2.2.1 發(fā)動機(jī)噪聲傳遞分析

動力總成通過左右前懸置直接將振動傳遞到車身，通過CAE虛擬分析手段對整車?yán)碚摂?shù)據(jù)進(jìn)行NTF分析，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在1137r/min附近存在明顯噪聲峰值，噪聲峰值在63dB-65dB（如圖2），該峰值噪聲與發(fā)動機(jī)二階激勵有較強的相關(guān)性，在主觀感受中也非常明顯；通過對發(fā)動機(jī)振動頻率進(jìn)行測試，對應(yīng)該轉(zhuǎn)速的發(fā)動機(jī)二階激勵頻率為38Hz。

圖2 發(fā)動機(jī)二階激勵聲壓曲線圖

2.2.2 路面噪聲傳遞分析

車輛以勻速60km/h在粗糙路面上行駛時，輪胎與地面摩擦產(chǎn)生的噪聲通過空氣傳遞到車內(nèi)，此為一般胎噪聲，通過增加隔音棉或消音板的方法可降低噪聲，但仍有尖銳噪聲存在；同時，輪胎的上下跳動，通過懸置將跳動傳遞到車身的懸置安裝區(qū)域，再經(jīng)由車身鈑金的形面及腔體結(jié)構(gòu)，通過焊接、緊固件及涂膠等連接特性，將跳動傳遞到整個車身鈑金結(jié)構(gòu)，在前門和后側(cè)門內(nèi)板某一位置匯聚形成耦合振動，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)噪聲。NVH通過實車噪聲數(shù)據(jù)收集及轉(zhuǎn)換分析，駕駛員位置在路面激勵傳函38Hz有噪聲峰值，后排在33Hz有噪聲峰值，與實車行駛時主觀感受突然聽到的尖銳噪聲相吻合，如圖3。

圖3 粗糙路面音頻分析曲線圖

2.2.3 前后側(cè)門模態(tài)分析

對前后側(cè)門鈑金總成進(jìn)行CAE虛擬分析，發(fā)現(xiàn)前后側(cè)門內(nèi)板變形量最大時，內(nèi)板模態(tài)在35Hz～40Hz范圍內(nèi)（如圖4），與NTF分析的噪聲峰值傳函頻率相接近，由此推斷尖銳噪聲為前后門內(nèi)板共振產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)噪聲。

圖4 前后側(cè)門模態(tài)

3 改進(jìn)方案

針對前后側(cè)門內(nèi)板出現(xiàn)的振動噪聲，可通過提高內(nèi)板一階模態(tài)的方式，減少35Hz～40Hz范圍內(nèi)的內(nèi)板振動變形量，提出以下改進(jìn)方案：

（1）內(nèi)板特征調(diào)整：前門內(nèi)板過孔由斜角布置的三個過孔改為三角布置的三個過孔，增加內(nèi)板中間部位的特征面積大??；過孔周圈由短翻邊加強改為二級臺階加強，增加過孔周邊特征面斜度及落差，增加加強筋數(shù)量，更改加強筋走向。后側(cè)門內(nèi)板優(yōu)化特征面，增加臺階落差量，更改過孔開口尺寸大小，調(diào)整過孔位置及方向。如圖5所示，通過調(diào)整內(nèi)板自身結(jié)構(gòu)提升內(nèi)板模態(tài)。

圖5 前后側(cè)門內(nèi)板結(jié)構(gòu)更改

（2）在前后側(cè)門內(nèi)板后下端各增加一塊鈑金加強板，鈑金加強板從門內(nèi)板揚聲器安裝過孔下端開始布置，過后端拐角往上延伸至門鎖附近，加強板與內(nèi)板形成封閉腔體，通過點焊及涂膠與內(nèi)板連接，有效提高內(nèi)板下端剛度，減少內(nèi)板振動變形量，提升內(nèi)板模態(tài)，如圖6所示。

圖6 前后側(cè)門內(nèi)板下部增加加強板

4 方案驗證

（1）前后側(cè)門內(nèi)板特征更改及增加下端加強板后，CAE重新分析前后側(cè)門內(nèi)板模態(tài)；前門內(nèi)板模態(tài)由39.81Hz提高到43.08Hz，后側(cè)門內(nèi)板模態(tài)由38.09Hz提高到46.94Hz，如圖7所示，避開發(fā)動機(jī)及路面?zhèn)骱l率，避免內(nèi)板產(chǎn)生共振噪聲。

圖7 前后側(cè)門內(nèi)板模態(tài)

（2）經(jīng)過NVH對激勵噪聲的重新分析，在激勵保持不變的情況下，優(yōu)化后的前后側(cè)門鈑金總成對降低噪聲貢獻(xiàn)較大，駕駛員右耳位置噪聲平均下降2.00dB，后排中間位置噪聲平均下降3.8dB，且使大部分激勵點導(dǎo)致內(nèi)板振動產(chǎn)生的噪聲值下降到目標(biāo)值以下，滿足整車NVH要求，如圖8所示。

5 結(jié)語

結(jié)合實車測試及CAE分析方法進(jìn)行噪聲查找分析，能夠在較短時間和較低經(jīng)濟(jì)成本的情況下，找出噪聲產(chǎn)生原因，提出優(yōu)化建議，同時結(jié)合試驗，快速提升整車NVH性能。

本文通過對車內(nèi)噪聲問題進(jìn)行實車測試及仿真分析，得到該噪聲主要由前后側(cè)門內(nèi)板振動與聲腔耦合振動引起。消除或減少內(nèi)板共振主要有增加內(nèi)板厚度、增加內(nèi)板局部加強板、修改內(nèi)板形狀、增加吸振器或阻尼膠等方法，但考慮實際生產(chǎn)及物料成本、生產(chǎn)可操作性、性價比等綜合因素，選擇最佳的實施方案。