基于模態分析技術的汽車加速噪聲優化

任曉惠，陸兵

(安徽江淮汽車股份有限公司，安徽合肥 230091)

?

基于模態分析技術的汽車加速噪聲優化

任曉惠，陸兵

(安徽江淮汽車股份有限公司，安徽合肥 230091)

在某車型開發過程中，發現加速工況下出現明顯共鳴音，嚴重影響人的聽覺感受。通過主觀評價及客觀數據分析，確認該聲音是由排氣歧管產生共振，向外輻射噪聲，傳遞到車內引起的。通過對歧管子系統進行加強，成功消除了該共鳴音。

加速噪聲；共振；輻射噪聲；模態分析技術

0 引言

隨著汽車的普及，噪聲振動性能也逐漸成為一個備受關注的熱點。汽車噪聲振動問題不僅影響汽車的使用壽命，而且影響著汽車乘坐舒適性，也成為各大汽車商家競爭的標尺，引起各個汽車生產廠家的重視。因此噪聲振動舒適性，即NVH(Noise, Vibration, Harshness)，也成為衡量汽車制造質量的一個綜合指標。汽車NVH試驗研究對于新車型開發和現有車型的性能改善都起著重要作用，其研究的內容主要包括整車及其零部件噪聲振動目標值的標定、車輛噪聲振動源識別、車輛噪聲振動傳遞路徑分析、車輛噪聲振動源的貢獻度分析、模態試驗和聲品質評價等。

現有某款新開發車型，該車進行全油門加速(Wide Open Throttle,WOT)時，在3 000～4 000 r/min出現明顯共鳴音，嚴重影響駕乘人員的聽覺感受，降低整車品質，故需要對該共鳴音進行分析與優化。

1 噪聲源的排查與優化

1.1 噪聲源主觀評價

該車在全油門加速及駐車升速工況下，當轉速到達3 000～4 000 r/min時，主觀感覺駕駛員位置存在明顯的共鳴音，該聲音透過防火墻傳遞到車內，具有輻射噪聲的特性，故問題排查主要從發動機艙能產生輻射噪聲的部件入手，如排氣歧管隔熱罩、進氣口、空濾器等。

1.2 噪聲源客觀數據采集

首先對車內噪聲進行摸底測試，測試工況為3-WOT(3擋全油門)，測點位置為駕駛員右耳(以下稱為駕右)，數據見圖1—2。

該車在發動機轉速3 000～4 000 r/min的噪聲受兩方面影響：(1)二階次噪聲；(2)280 Hz的共振帶。需要通過聲音回放確定主要貢獻量。

通過聲音回放濾波處理技術(見圖3)，確定二階次噪聲對3 000～4 000 r/min共鳴音占據主導地位，這使得雖然該轉速范圍噪聲值無明顯峰值，但在某一轉速下產生能量很高的單一頻率聲音，這是該車存在共鳴音的主要原因，故問題排查從二階次噪聲入手。

圖2 3-WOT駕右噪聲(colormap)

圖3 聲音回放濾波處理

首先對進、排氣系統進行分析，發現該車排氣歧管隔熱罩是一種結構簡單的大面積單層薄鋼板部件，該部件具有成本低廉的優點，但表面剛度較弱，產生大的工作變形，具有向外輻射噪聲的特性，與主觀評價相符合，故首先進行了釋放隔熱罩的試驗。測試數據如圖4所示。

圖4 原狀態與釋放隔熱罩駕右噪聲對比

釋放隔熱罩后，發動機轉速3 000～4 000 r/min時駕右噪聲下降1～4 dB(A)，主要是降低了發動機二階次噪聲，故將噪聲源定為排氣歧管子系統，包括排氣歧管、隔熱罩。因此對排氣歧管子系統進行了約束模態測試，測點位置及測試結果如圖5—7所示。

圖5 隔熱罩約束模態測點位置

圖6 隔熱罩約束模態測試結果

圖7 隔熱罩模態陣型圖(118 Hz)

歧管子系統存在118 Hz模態頻率，而發動機在3 000～4 000 r/min的二階激勵頻率范圍為100～133 Hz，該模態很容易被發動機激勵激起，對激勵產生放大作用。從圖7可以看出：隔熱罩在點2附近的變形量最大，當歧管子系統產生共振時，隔熱罩點2區域會產生很大的工作變形，具有向外輻射噪聲的能力。因此可以形成兩種整改方案：(1)改變排氣歧管支架，提高歧管子系統固有頻率，避開發動機二階激勵；(2)提高隔熱罩局部剛度，減小工作變形，抑制輻射噪聲。

首先提高隔熱罩局部剛度，主要在點2區域加筋，以及在點4區域增加約束，方案如圖8所示。

圖8 隔熱罩修改方案

對隔熱罩點2、4區域進行處理后，局部剛度明顯增強，圖9所示的點2區域的變形隨之減小，從而抑制向外輻射噪聲的能力，達到預期效果。接下來將該樣件裝車進行測試，測試結果如圖10所示。

圖9 隔熱罩模態陣型圖對比(118 Hz)

圖10 優化前后駕右噪聲對比

優化隔熱罩后(對剛度偏低區域進行局部加強)，使得在3 000～4 000 r/min轉速時車內噪聲下降1～7 dB(A)，主觀感覺前排共鳴音消失，達到了預期效果。由此可知共鳴音主要是由排氣歧管子系統產生共振，使得隔熱罩在剛度較小區域產生大的變形，向外輻射噪聲，傳遞到車內引起的，路徑如圖11所示。

圖11 車內噪聲傳遞路徑

2 總結

通過對排氣歧管子系統進行模態分析可知，歧管模態被發動機二階次振動激發，導致共振，該振動傳遞到隔熱罩，使得隔熱罩局部產生大變形，最終形成輻射噪聲。對隔熱罩進行局部加強后，車內噪聲下降1～7 dB(A)，3 000～4 000 r/min的加速共鳴音消失，達到優化目的。故在整車設計中，應關注模態分布，避免共振出現，同時關注結構簡單的大鈑金結構。

[1]龐劍，何華.汽車噪聲與振動-理論與應用[M].北京：北京理工大學出版社，2006：150-194.

[2]錢人一.發動機噪聲控制[M].上海：同濟大學出版社，1997：82-107.

[3]杜功煥，朱哲民.聲學基礎[M].2版.南京：南京大學出版社，2001:186-240.

Optimization of Vehicle Accelerated Noise Based on Modal Analysis Technique

REN Xiaohui，LU Bing

(Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd.,Hefei Anhui 230091,China)

Clear resonance noise was founded in accelerate condition during development process of a new vehicle. This noise seriously affected person auditory perception.It was confirmed that the reason of resonance noise was radiated noise due to exhaust manifold resonance passed to the car.The resonance noise was successfully eliminated by strengthened exhaust manifold pipe system.

Accelerated noise; Resonance; Radiated noise; Modal analysis technique

2017-02-18

任曉惠(1987—)，女，學士，助理工程師，研究方向為車輛工程。E-mail：541173741@qq.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.07.009

U461.2

A

1674-1986(2017)07-034-03