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(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)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(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)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(diào)查中抱怨最多的一項(xiàng)，比較安靜的內(nèi)部環(huán)境是高品質(zhì)的象征。一般使用厚玻璃和隔音駕駛艙來達(dá)到降噪目標(biāo)，但成本、質(zhì)量均會因此而大幅上升。以NTF理論為基礎(chǔ)，借助LMS測量系統(tǒng)，對比分析了某汽車拖曳臂局部輪廓優(yōu)化前后的噪聲效果，提出了底盤結(jié)構(gòu)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(yùn)動過程中，由空氣振動產(chǎn)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(zhì)之間的相互作用而產(chǎn)生。從噪聲產(chǎn)生的機(jī)制看，主要由旋轉(zhuǎn)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(guān)。

一般認(rèn)為，汽車底部和地面之間的氣流狀態(tài)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(yùn)動引起空氣產(chǎn)生渦流、沖擊或者壓力突變導(dǎo)致空氣擾動而形成的噪聲，該參數(shù)是表征汽車品質(zhì)的重要指標(biāo)。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(jié)構(gòu)件空氣動力學(xué)噪聲的方法與建議。溫度、體積與壓強(qiáng)的狀態(tài)方程），運(yùn)用3個基本物理定律就可以推導(dǎo)出理想流體介質(zhì) （不考慮阻尼）中的聲固耦合系統(tǒng)動力學(xué)方程：

式中：S是由聲學(xué)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(zhì)中傳播的速度。

將測量點(diǎn)的空氣壓力轉(zhuǎn)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(shù)）分析是汽車NVH開發(fā)中的重要方法之一。該方法通過聲固耦合分析，能夠準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)潛在的設(shè)計(jì)問題，為車內(nèi)噪聲預(yù)估和控制提供依據(jù)。圖1為噪聲傳遞路徑示意圖。

1 噪聲傳遞函數(shù)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(zhì)的密度（或壓縮量），它們之間是相互聯(lián)系的。聲振動作為一個宏觀的物理現(xiàn)象，滿足3個基本物理定律 （即牛頓第二定律、質(zhì)量守恒定律以及描述

聲傳函數(shù)包括力－聲傳遞函數(shù) （結(jié)構(gòu)傳聲）及聲－聲傳遞函數(shù) （空氣傳聲）兩類，前者主要考慮中低頻區(qū)域，后者主要考慮中高頻區(qū)域，如圖2所示。

文中主要討論聲－聲傳遞函數(shù) （空氣聲傳遞函數(shù)），力－聲傳遞函數(shù) （結(jié)構(gòu)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(fā)動機(jī)及其附件產(chǎn)生的機(jī)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(nèi)。

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(xiàn)的分析

沖焊式拖曳臂受本身結(jié)構(gòu)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(xué)噪聲勢必造成負(fù)面影響，圖4為拖曳臂工藝孔對氣流的影響示意圖。

為了驗(yàn)證拖曳臂工藝孔對勻速120km／h時(shí)車內(nèi)400Hz噪聲峰值的影響，采用LMS公司專業(yè)測試系統(tǒng)對拖曳臂工藝孔封堵前后進(jìn)行了對比試驗(yàn) （圖5、圖6）。試驗(yàn)結(jié)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(nèi)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(shí)車內(nèi)聲品質(zhì)試驗(yàn)對比。

表1 勻速行駛時(shí)車內(nèi)聲品質(zhì)試驗(yàn)對比

結(jié)合試驗(yàn)分析結(jié)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(shè)計(jì)、工藝及裝配分析可行。最終采用方案二。

3 總結(jié)

文中就某汽車拖曳臂的空氣動力學(xué)噪聲問題進(jìn)行了探討，同時(shí)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(chǎn)生的機(jī)制；

（2）采用LMS測試系統(tǒng)對聲源進(jìn)行了有效探測及準(zhǔn)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(xiàn)度的基礎(chǔ)上，根據(jù)采取對策的優(yōu)先順序及空氣動力噪聲的目標(biāo)值，確定了最終降噪方案；

（4）關(guān)于底盤結(jié)構(gòu)件的空氣動力學(xué)噪聲，建議方案包括下部結(jié)構(gòu)平滑化設(shè)計(jì)、填堵工藝孔及增加導(dǎo)流板等，均可有效降低空氣動力噪聲。

（5）對底盤結(jié)構(gòu)件聲學(xué)特性的分析理論及分析軟件的應(yīng)用能力 （包括整車結(jié)構(gòu)有限元模型、車室聲腔的聲學(xué)有限元模型以及結(jié)構(gòu)－聲學(xué)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(xué)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

【3】傅立敏.汽車設(shè)計(jì)與空氣動力學(xué)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

【4】黃天澤，黃金陵.汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

【5】唐天寶，郭建成.汽車氣動附件對氣動力優(yōu)化的數(shù)值仿真［J］.河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，34（5）：45－50.

【6】李克強(qiáng)，何渝生，梁錫昌.基于傳遞函數(shù)合成的車內(nèi)噪聲控制方法［J］.振動工程學(xué)報(bào)，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(xué)學(xué)士，工程師，主要從事汽車懸架結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)開發(fā)工作。E-mail：cqg412＠163.com。