某MPV車型低頻路噪轟鳴問題優(yōu)化

黃超勇，鐘秤平，殷和順，洪 聰，吳 訓(xùn)，萬駿武

某MPV車型低頻路噪轟鳴問題優(yōu)化

黃超勇，鐘秤平，殷和順，洪 聰，吳 訓(xùn)，萬駿武

（江鈴汽車股份有限公司 江西省汽車噪聲與振動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330001）

針對(duì)某多用途汽車（MPV）車型開發(fā)過程中存在的低頻路噪轟鳴問題，通過整車傳遞路徑以及響應(yīng)分析，確定轟鳴問題由路面激勵(lì)與尾門模態(tài)耦合引起。文章研究了尾門限位塊剛度、尾門動(dòng)力吸振器、尾門復(fù)合車身解決方案（CBS）的優(yōu)化效果，最終選用增加尾門CBS方案解決了低頻路噪轟鳴問題，有效提升車輛行駛中的乘車品質(zhì)。

低頻路噪；MPV車型；轟鳴；傳遞路徑；響應(yīng)分析

隨著現(xiàn)代生活水平的逐漸提高，消費(fèi)者對(duì)汽車的要求不再局限于純粹的代步工具，越來越多的消費(fèi)者開始關(guān)注汽車的駕駛樂趣和乘坐品質(zhì)，而汽車噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度（Noise, Vibration, Harshness, NVH）性能在行駛過程中能夠給予消費(fèi)者最直觀的感受，因此，NVH性能已逐漸成為評(píng)價(jià)汽車品質(zhì)好壞的重要指標(biāo)[1]。

路噪是汽車NVH性能重要指標(biāo)，主要產(chǎn)生機(jī)理是輪胎與地面摩擦產(chǎn)生的激勵(lì)，通過空氣或懸架傳遞至車身鈑金進(jìn)而輻射至人耳。對(duì)于路面激勵(lì)引起的噪聲，按問題產(chǎn)生的頻率和人的主觀評(píng)價(jià)分為以下4種[2]：1）轟鳴聲（booming），道路不規(guī)則導(dǎo)致的低頻轟鳴聲，常伴有壓耳感，頻率范圍約為在20～60 Hz；2）隆隆聲（rumble），粗糙路面上輪胎滾動(dòng)的轟隆聲，對(duì)應(yīng)頻率范圍約為60～180 Hz；3）輪胎空腔噪聲（tire ring），對(duì)應(yīng)頻率為200 Hz左右；4）輪胎花紋噪聲對(duì)應(yīng)頻率一般在400 Hz以上，且噪聲頻率與車速相關(guān)。目前低頻路噪問題仍是行業(yè)難題，優(yōu)化難度較大，且樣車生產(chǎn)出來后再更改結(jié)構(gòu)將面臨成本高、周期長的問題，嚴(yán)重影響項(xiàng)目投產(chǎn)[3]。

針對(duì)某MPV車型開發(fā)階段，整車勻速工況下車內(nèi)存在低頻路噪問題進(jìn)行研究，按照激勵(lì)源、響應(yīng)分析、傳遞路徑分析思路進(jìn)行了問題的排查確認(rèn)，確定車門模態(tài)耦合引起的低頻路噪問題，并在不大幅改動(dòng)尾門鈑金結(jié)構(gòu)的前提下，提出三種尾門路噪優(yōu)化方案。

1 問題描述

某開發(fā)樣車在水泥刻紋路（見圖1）50 km/h工況下，車內(nèi)存在明顯的類似打鼓的“嗡嗡”噪聲，嚴(yán)重影響整車行駛過程中的乘車品質(zhì)。

圖1 水泥刻紋路

為識(shí)別引起該低頻路噪聲的頻率，采用LMS振動(dòng)噪聲分析儀器，在主駕頭枕靠車外側(cè)布置麥克風(fēng)，測(cè)試樣車50 km/h勻速行駛的噪聲數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行頻譜分析（見圖2），發(fā)現(xiàn)40 Hz峰值能量較大，使用濾波軟件消除該峰值后，“嗡嗡”聲消失，判斷該低頻路噪聲問題頻率為40 Hz。

圖2 水泥刻紋路車內(nèi)前排噪聲聲壓級(jí)測(cè)試結(jié)果

2 問題排查及分析

根據(jù)車輛結(jié)構(gòu)推測(cè)該低頻路噪聲產(chǎn)生機(jī)理，當(dāng)車輪在刻紋路面勻速行駛時(shí)，刻紋路面會(huì)激勵(lì)輪胎，振動(dòng)從輪胎胎面?zhèn)鬟f至輪芯，再從前/后減振器、前副車架、板簧及空氣懸掛路徑傳遞至車身，最終激勵(lì)起車身板件模態(tài)，車身板件模態(tài)與車身聲腔耦合，進(jìn)而產(chǎn)生車內(nèi)低頻壓耳噪聲，如圖3所示。

圖3 路噪產(chǎn)生機(jī)理

據(jù)此路徑發(fā)現(xiàn)，底盤系統(tǒng)及車身系統(tǒng)對(duì)車內(nèi)噪影響較大，需依次排查。

2.1 底盤傳遞路徑分析

在底盤橫向穩(wěn)定桿、前副車架、前/后減振器、板簧/空氣懸掛安裝點(diǎn)布置振動(dòng)傳感器，并進(jìn)行測(cè)試（工況：勻速50 km/h），發(fā)現(xiàn)后懸的減振器及板簧架振動(dòng)在40 Hz附近存在峰值（見圖4），判斷其為主要傳遞路徑。

圖4 水泥刻紋路后懸掛振動(dòng)測(cè)試結(jié)果

為了進(jìn)一步確定主要零部件貢獻(xiàn)度，需要對(duì)減振器、板簧進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試分析。

2.1.1減震器貢獻(xiàn)度分析

拆除后懸減震器，斷開與車身連接點(diǎn)，經(jīng)過勻速50 km/h道路測(cè)試優(yōu)化不明顯，判斷減振器非主要路徑，如圖5所示。

圖5 拆除減震器后車內(nèi)前排噪聲聲壓級(jí)優(yōu)化結(jié)果

2.1.2板簧貢獻(xiàn)度分析

降低板簧剛度，經(jīng)過道路測(cè)試可知，車內(nèi)噪聲優(yōu)化了3.2 dB(A)，如圖6所示。但由于導(dǎo)致承載能力下降以及對(duì)動(dòng)態(tài)影響較大，無法工程化。

圖6 板簧降剛度后車內(nèi)前排噪聲聲壓級(jí)優(yōu)化結(jié)果

2.2 車身排查

同步測(cè)試問題工況車身鈑金件振動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)尾門振動(dòng)與問題頻率相對(duì)應(yīng)，如圖7所示。

圖7 車內(nèi)前排噪聲聲壓級(jí)及尾門振動(dòng)測(cè)試結(jié)果

進(jìn)行尾門模態(tài)測(cè)試及仿真，發(fā)現(xiàn)尾門40.76 Hz左右存在外板二階模態(tài)，與聲腔縱向一階模態(tài)（40.21 Hz）耦合，結(jié)果如圖8及表1所示，需改變尾門外板二階模態(tài)，避免與聲腔模態(tài)耦合。

圖8 車身聲腔模態(tài)（40.21 Hz）

表1 CAE仿真及NVH實(shí)測(cè)尾門前三階模態(tài)

序號(hào)模態(tài)振型頻率/Hz CAE仿真NVH實(shí)測(cè) 1X向平動(dòng)19.0820.82 2整體扭轉(zhuǎn)25.6326.15 3外板彎曲40.7640.43 4聲腔模態(tài)40.21

2.2.1尾門限位塊方案

尾門限位塊可改變尾門約束狀態(tài)，進(jìn)而影響尾門振動(dòng)靈敏度和模態(tài)頻率[4]，嘗試將尾門限位塊硬度由65下降到55，壓縮量由2 mm降低到1 mm，尾門模態(tài)降低1～2 Hz，道路實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，車內(nèi)噪聲優(yōu)化了1.52 dB(A)，如圖9所示。但是存在顛簸路面異響較為嚴(yán)重，無法接受，方案不可行。

圖9 尾門限位塊降硬度后車內(nèi)前排噪聲聲壓級(jí)優(yōu)化結(jié)果

2.2.2尾門動(dòng)力吸振器方案驗(yàn)證

動(dòng)力吸振器可衰減特定頻率振動(dòng)，降低振動(dòng)靈敏度[5]。在問題樣車尾門增加兩個(gè)動(dòng)力吸振器，如圖10所示，動(dòng)力吸振器頻率最終鎖定為（40± 2.5）Hz。

圖10 尾門增加動(dòng)力吸振器

圖11 尾門增加動(dòng)力吸振器優(yōu)化前后車內(nèi)噪聲曲線圖

進(jìn)行實(shí)車道路試驗(yàn)驗(yàn)證，并與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖11所示。

圖11實(shí)線為基礎(chǔ)狀態(tài)車內(nèi)噪聲及尾門振動(dòng)測(cè)試結(jié)果，點(diǎn)線為尾門增加動(dòng)力吸振器的車內(nèi)噪聲及尾門振動(dòng)測(cè)試結(jié)果。對(duì)比分析兩種測(cè)試結(jié)果可得，優(yōu)化后對(duì)整車勻速50 km/h水泥刻紋路噪聲進(jìn)行了改善；其中在40 Hz左右頻率車內(nèi)整體噪聲聲壓級(jí)優(yōu)化約6 dB(A)，乘員主觀駕評(píng)完全可以接受。最終驗(yàn)證了該低頻路噪問題通過優(yōu)化尾門 40 Hz附近振動(dòng)方法的有效性。

但由于增加兩個(gè)動(dòng)力吸振器，尾門質(zhì)量增加較多，尾門撐桿支撐力不足，存在低溫?fù)螚U保持力失效問題，故此方案無法實(shí)施。

2.2.3尾門CBS方案驗(yàn)證

復(fù)合車身解決方案（Composite Body Solutions, CBS）是一種用于加強(qiáng)汽車局部或整體結(jié)構(gòu)剛性的三維結(jié)構(gòu)嵌件。在問題樣車尾門內(nèi)外板間增加CBS（見圖12）后，尾門外板模態(tài)在問題頻率提升2 Hz左右（見表2），避開車身聲腔模態(tài)，減少因模態(tài)耦合引起的噪聲。

圖12 尾門增加CBS示意圖

表2 增加CBS前后尾門模態(tài)變化情況

序號(hào)模態(tài)振型頻率/Hz 尾門未加CBS尾門加CBS 1X向平動(dòng)19.0820.46 2扭轉(zhuǎn)25.6325.95 3外板彎曲40.7642.38 4聲腔模態(tài)40.21

為進(jìn)一步驗(yàn)證尾門增加CBS對(duì)改善低頻路噪噪聲有效性，進(jìn)行實(shí)車道路試驗(yàn)驗(yàn)證，采集整車勻速50 km/h水泥刻紋路工況下車內(nèi)的噪聲振動(dòng)數(shù)據(jù)，并與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖13所示。

圖13實(shí)線為基礎(chǔ)狀態(tài)車內(nèi)噪聲及尾門振動(dòng)測(cè)試結(jié)果，點(diǎn)線為尾門增加CBS的車內(nèi)噪聲及尾門振動(dòng)測(cè)試結(jié)果。通過對(duì)比分析兩種測(cè)試結(jié)果可知，優(yōu)化后對(duì)整車勻速50 km/h水泥刻紋路噪聲進(jìn)行了改善，其中在40 Hz左右頻率車內(nèi)整體噪聲聲壓級(jí)優(yōu)化約9 dB(A)，乘員主觀駕評(píng)完全可以接受，優(yōu)于尾門增加動(dòng)力吸振器狀態(tài)。

圖13 尾門增加CBS優(yōu)化前后車內(nèi)噪聲圖

3 結(jié)論

低頻路噪問題的影響因子較多，后期解決成本高，是各大主機(jī)廠開發(fā)過程的難題，本文針對(duì)某MPV樣車低頻路噪問題，重點(diǎn)研究了尾門優(yōu)化方案，結(jié)論如下：

1）尾門限位塊降剛度，可以降低尾門頻率，對(duì)低頻路噪有改善，可以作為后期優(yōu)化方向之一，但要兼顧尾門異響性能；2）尾門動(dòng)力吸振器方案可以明顯優(yōu)化低頻路噪問題，可以在設(shè)計(jì)前期做好方案預(yù)留；3）尾門CBS方案在不大改尾門結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，提高尾門模態(tài)，可以明顯優(yōu)化整車低頻路噪問題。本文研究思路及解決方案可供解決類似低頻路噪問題參考。

[1] 段龍楊.某運(yùn)動(dòng)型多功能車車內(nèi)轟鳴噪聲分析與控制方法研究[D].長春:吉林大學(xué),2010.

[2] 李春楠.基于傳遞路徑分析的整車路噪優(yōu)化研究[D].長春:吉林大學(xué),2020.

[3] 吳文棟.某SUV車內(nèi)低頻轟鳴聲問題分析與優(yōu)化[J].廣西科技大學(xué)學(xué)報(bào),2020,31(6):86-92.

[4] 趙偉豐,王文彬,周浩東.車內(nèi)低頻路噪問題的分析與控制[J].噪聲與振動(dòng)控制,2019,39(3):142-146.

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Optimization on the Problem of Low-frequency Road Noise and Booming for a MPV Model

HUANG Chaoyong, ZHONG Chengping, YIN Heshun, HONG Cong, WU Xun, WAN Junwu

( Jiangxi Vehicle Noise and Vibration Lab, Jiangling Motors Company Limited, Nanchang 330001, China )

In view of the low-frequency road noise and booming problem in the development process of a multi-purpose vehicle(MPV),the transmission path and response of the vehicle are analyzed,and it is determined that the roar problem is caused by the modal of tailgate and the road excitation resonance.The optimization effect of the tailgate limit block stiffness,the tailgate dynamic vibration absorber and the tailgate composite body solutions(CBS) are studies in this paper.Finally, the solution of adding the tailgate CBS is selected to solve the problem of low-frequency road noise and booming, and effectively improve the riding quality of the vehicle.

Low-frequency road noise;MPV model;Booming;Transmission path;Response analysis

U491.9+1

A

1671-7988(2023)20-97-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.020.019

黃超勇（1983－），男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)槠囌駝?dòng)及噪聲控制技術(shù)，E-mail:13767487189@163.com。