基于LMS測試的某汽車拖曳臂空氣動力噪聲解決方案

蔡其剛，章禮文

（1.合肥工業大學機械與汽車工程學院，安徽合肥2300009，2.奇瑞汽車股份有限公司，安徽蕪湖241009）

基于LMS測試的某汽車拖曳臂空氣動力噪聲解決方案

蔡其剛1，2，章禮文1，2

（1.合肥工業大學機械與汽車工程學院，安徽合肥2300009，2.奇瑞汽車股份有限公司，安徽蕪湖241009）

汽車噪聲一直是客戶滿意度調查中抱怨最多的一項，比較安靜的內部環境是高品質的象征。一般使用厚玻璃和隔音駕駛艙來達到降噪目標，但成本、質量均會因此而大幅上升。以NTF理論為基礎，借助LMS測量系統，對比分析了某汽車拖曳臂局部輪廓優化前后的噪聲效果，提出了底盤結構件的降噪方法與建議。

空氣動力噪聲；拖曳臂；降噪

0 引言

汽車空氣動力噪聲研究的是車輛在路面上的運動過程中，由空氣振動產生的噪聲。空氣動力噪聲是由氣流流動過程中的相互作用、或氣體和固體介質之間的相互作用而產生。從噪聲產生的機制看，主要由旋轉噪聲 （氣壓脈動）和渦流噪聲 （紊流噪聲）組成。氣流噪聲的特性與氣流的壓力、流速等因素有關。

一般認為，汽車底部和地面之間的氣流狀態受下列因素的影響：

（1）地面和底部間的距離 （離地間隙）；

（2）車輛寬度、長度和高度之比及車身造型；

（3）底部的平整程度；

（4）地板的縱向曲率和橫向曲率。

汽車的空氣動力噪聲是指車輛在空氣中運動引起空氣產生渦流、沖擊或者壓力突變導致空氣擾動而形成的噪聲，該參數是表征汽車品質的重要指標。文中以某汽車拖曳臂的空氣動力噪聲的分析及控制為例，提供了降低汽車底盤結構件空氣動力學噪聲的方法與建議。溫度、體積與壓強的狀態方程），運用3個基本物理定律就可以推導出理想流體介質 （不考慮阻尼）中的聲固耦合系統動力學方程：

式中：S是由聲學廣義力Fr向量得到的聲－固耦合矩陣；ρ0為空氣密度；C0是聲波在媒質中傳播的速度。

將測量點的空氣壓力轉化為聲壓值：

式中：p為駕駛員耳旁聲壓值，p0為國際參考聲壓20×10－6Pa。

NTF（Noise Transfer Function，聲傳函數）分析是汽車NVH開發中的重要方法之一。該方法通過聲固耦合分析，能夠準確發現潛在的設計問題，為車內噪聲預估和控制提供依據。圖1為噪聲傳遞路徑示意圖。

1 噪聲傳遞函數的基本理論

聲波傳播的空間稱為聲場。在分析聲波傳播的過程中，一般討論3個量：聲壓、振速以及介質的密度（或壓縮量），它們之間是相互聯系的。聲振動作為一個宏觀的物理現象，滿足3個基本物理定律 （即牛頓第二定律、質量守恒定律以及描述

聲傳函數包括力－聲傳遞函數 （結構傳聲）及聲－聲傳遞函數 （空氣傳聲）兩類，前者主要考慮中低頻區域，后者主要考慮中高頻區域，如圖2所示。

文中主要討論聲－聲傳遞函數 （空氣聲傳遞函數），力－聲傳遞函數 （結構傳聲）從略。

聲－聲傳遞指的是直接由空氣傳遞的空氣噪聲，如發動機及其附件產生的機械噪聲、燃燒噪聲和空氣動力噪聲等，通過車身壁板的孔洞、縫隙或透過車身板件直接傳至車內。

2 基于LMS測量工具的噪聲檢測方法

2.1 空氣噪聲檢測方法

2.2 某汽車拖曳臂對空氣動力噪聲貢獻的分析

沖焊式拖曳臂受本身結構限制及其工藝要求，常需在拖曳臂本體上開不少工藝用孔和 （或）減重孔。但這對空氣動力學噪聲勢必造成負面影響，圖4為拖曳臂工藝孔對氣流的影響示意圖。

為了驗證拖曳臂工藝孔對勻速120km／h時車內400Hz噪聲峰值的影響，采用LMS公司專業測試系統對拖曳臂工藝孔封堵前后進行了對比試驗 （圖5、圖6）。試驗結果見圖7及表1。

由圖7可見：拖曳臂工藝孔封堵后，整車120km／h車內勻速噪聲，在1／3倍頻程中的單頻400Hz處，主駕駛員左右耳DLE、DRE聲壓級分別下降0.69dB（A）和0.19dB（A），右后排乘員左右耳RRL、RRR聲壓級分別下降1.46dB（A）和1.77dB（A）。

表1為勻速行駛時車內聲品質試驗對比。

表1 勻速行駛時車內聲品質試驗對比

結合試驗分析結果，可以采取以下兩種解決方案：

方案一，取消工藝孔，不滿足沖壓焊接工藝要求，否決。方案二，增加堵件 （見圖8），設計、工藝及裝配分析可行。最終采用方案二。

3 總結

文中就某汽車拖曳臂的空氣動力學噪聲問題進行了探討，同時提出了降低空氣動力噪聲的解決方案。概括如下：（1）從理論上分析了空氣動力噪聲產生的機制；

（2）采用LMS測試系統對聲源進行了有效探測及準確識別；

（3）在基本弄清了高速車輛的空氣動力噪聲聲源及其貢獻度的基礎上，根據采取對策的優先順序及空氣動力噪聲的目標值，確定了最終降噪方案；

（4）關于底盤結構件的空氣動力學噪聲，建議方案包括下部結構平滑化設計、填堵工藝孔及增加導流板等，均可有效降低空氣動力噪聲。

（5）對底盤結構件聲學特性的分析理論及分析軟件的應用能力 （包括整車結構有限元模型、車室聲腔的聲學有限元模型以及結構－聲學耦合的有限元模型等）需要提升。

【1】佐川，明朗.車輛空氣動力噪聲的聲源探測方法與對策［J］.國外鐵道車輛，2007，44（6）：34－40.

【2】傅立敏.汽車空氣動力學［M］.北京：機械工業出版社，2006.

【3】傅立敏.汽車設計與空氣動力學［M］.北京：機械工業出版社，2011.

【4】黃天澤，黃金陵.汽車車身結構與設計［M］.北京：機械工業出版社，2003.

【5】唐天寶，郭建成.汽車氣動附件對氣動力優化的數值仿真［J］.河南科技大學學報，2013，34（5）：45－50.

【6】李克強，何渝生，梁錫昌.基于傳遞函數合成的車內噪聲控制方法［J］.振動工程學報，1996，9（3）：313－317.

Solution for Air Dynamic Noise Caused by Vehicle Trailing Arm Based on LMS Test System

CAIQigang1，2，ZHANG Liwen1，2
（1.College of Mechanical and Automotive Engineering，Hefei University of Technology，Hefei Anhui230009，China；2.Chery Automobile Co.，Ltd.，Wuhu Anhui241009，China）

Vehicle noise has been amost complained about the customer satisfaction survey，quiet environment is a symbol of high quality.Thick glass and sound insulating cockpitare generally used to decrease noise，but the cost，weightwill therefore rise sharply.Taking NTF theory as the foundation，with the aid of the LMS test system，the noise effects before and after trailing arm local contour optimization were contrasted，and some noise reduction methods and suggestionswere put forward for chassis structure.

Aerodynamic noise；Trailing arm；Noise reduction

2014－02－13

蔡其剛（1979—），男，工學學士，工程師，主要從事汽車懸架結構件設計開發工作。E-mail：cqg412＠163.com。