某SUV車內(nèi)降噪處理

丁建超，陳繼偉，李靜波

（北汽昌河汽車有限責(zé)任公司北京分公司，北京 101300）

1 引言

近年來，隨著消費者水平的提升，越來越重視汽車的舒適性，而汽車的NVH性能是影響汽車舒適性的重要因素，NVH性能的好壞直接決定主觀評價效果。在整車項目研發(fā)過程中，NVH性能要求怠速、加速和勻速工況下，車內(nèi)噪聲不能出現(xiàn)轟鳴聲和氣流聲。根據(jù)不同的噪聲傳遞路徑，車內(nèi)噪聲可分為結(jié)構(gòu)聲和空氣聲。采用避頻控制措施，即避免整車模態(tài)和零部件子系統(tǒng)的模態(tài)耦合，可有效解決車內(nèi)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)聲；空氣聲屬于中、高頻噪聲，包括發(fā)動機(jī)，進(jìn)、排氣的輻射聲音等，通過聲學(xué)包裝技術(shù)來控制，即在傳遞路徑上增加聲包材料可改變車內(nèi)的中、高頻噪聲[1]。

本文對某車型車內(nèi)噪音問題進(jìn)行了噪聲源排查和分析，確定了在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速1250rpm附近時車內(nèi)噪聲由后消音器引起，優(yōu)化了后消音器結(jié)構(gòu)避開了與聲腔模態(tài)耦合，轟鳴聲消失,在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速大于2500rpm主觀感受氣流聲降低，但是后排仍然可以感受得到氣流聲，通過在后側(cè)圍增加聲包材料的措施，主觀評價車內(nèi)聽不到氣流聲。

2 轟鳴聲的分析和解決

2.1 主觀評價和數(shù)據(jù)分析

在對某車型主觀評價時發(fā)現(xiàn)，車輛起動加速在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速1250rpm工況下，車內(nèi)有明顯的轟鳴聲。分析結(jié)果如圖1，測試的是駕駛員右耳處噪聲總體能量overall隨轉(zhuǎn)速變化情況，噪聲曲線在轉(zhuǎn)速1250rpm附近存在噪聲聲壓峰值，該峰值聲壓與主觀評價時轟鳴發(fā)生的峰值相對應(yīng)。進(jìn)一步分析噪聲曲線的階次噪聲，由圖2可知發(fā)現(xiàn)1250rpm附近噪聲曲線與2階噪聲吻合度較大，確定車內(nèi)噪聲由發(fā)動機(jī)的2階激勵引起。

該車發(fā)動機(jī)為直列四缸四沖程式，二階不平衡往復(fù)慣性力是主要的激勵源，其頻率等同于點火頻率，具有明顯的階次特性。階次是結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)部件因旋轉(zhuǎn)造成的振動或噪聲的響應(yīng)，這個階次響應(yīng)與轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)頻之間有對應(yīng)關(guān)系，確切地說階次是轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)頻的倍數(shù)。可知發(fā)動機(jī)1250rpm下的2階激勵頻率為41.6Hz。

圖1 駕駛員右耳噪聲總聲壓與階次噪聲

圖2 駕駛員右耳階次噪聲

2.2 轟鳴聲原因排查

發(fā)動機(jī)引起的轟鳴聲：一般是在特定的轉(zhuǎn)速下車上零部件發(fā)生了結(jié)構(gòu)或聲學(xué)共振，這種放大的發(fā)動機(jī)激勵傳入車內(nèi)與聲腔模態(tài)耦合，使人耳產(chǎn)生強(qiáng)烈的不舒適感。頻率一般在300Hz以下，是發(fā)動機(jī)的點火頻率或其倍頻（4缸發(fā)動機(jī)指的是2、4、6、8階）。可發(fā)生共振的部件包括動力總成裝置，進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和相關(guān)的安裝支架等。一般傳入到車內(nèi)的噪聲可分為兩種形式，一是空氣聲傳遞，即發(fā)動機(jī)激勵頻率通過車身空隙直接傳遞到車內(nèi)，二是結(jié)構(gòu)聲傳遞，是外界激勵頻率直接激勵或傳遞到車身，引起車身或零部件結(jié)構(gòu)振動，并與聲腔模態(tài)耦合而產(chǎn)生的車內(nèi)噪聲。

首先考慮結(jié)構(gòu)噪聲傳遞，考慮在整車調(diào)教過程中，a）懸置隔振率，b）進(jìn)氣系統(tǒng)空濾支架振動c）排氣吊耳隔振率，d）傳動軸軸頭、副車架振動，測試數(shù)據(jù)顯示以上路徑的振動與車內(nèi)轟鳴聲沒有相關(guān)性，無明顯的2階振動。然后再考慮空氣聲傳播，測試數(shù)據(jù)表明與排氣口噪聲有關(guān)，從頻譜圖上發(fā)現(xiàn)1250rpm有對應(yīng)峰值如圖3所示，分析排氣口的階次噪聲如圖4，發(fā)現(xiàn)排氣口2階噪聲為主要的貢獻(xiàn)。

圖3 排氣對車內(nèi)貢獻(xiàn)

圖4 排氣口階次噪聲

為了進(jìn)一步確認(rèn)噪聲源，將排氣尾管連接大消音器，單獨屏蔽尾管噪聲[2]，如圖5在1250rpm處噪聲的總能量和2階噪聲均降低，說明尾管噪聲對車內(nèi)的轟鳴聲是主要的貢獻(xiàn)源。

圖5 屏蔽排氣系統(tǒng)車內(nèi)噪聲對比圖

2.3 聲腔模態(tài)測試

為了進(jìn)一步排查轟鳴聲的頻率是否與聲腔模態(tài)存在耦合，找到轟鳴聲的真正原因。根據(jù)源-傳遞路徑-響應(yīng)點的分析思路，分析響應(yīng)點的模態(tài)即整車的聲腔模態(tài)，查看排氣系統(tǒng)的尾管噪聲，通過空氣傳播是否與整車的聲腔模態(tài)存在耦合。

消聲室試驗環(huán)境：背景噪聲18dB(A)，溫度21℃，相對濕度30%，采用LMS低中頻體積聲源[3]，如圖6所示。

圖6 體積聲源放置示意圖

圖7 聲腔模態(tài)振型

表1 消聲室整車聲腔模態(tài)測試結(jié)果 單位：赫茲

整車聲腔模態(tài)試驗結(jié)果如表1所列。鑒于該試驗結(jié)果未考慮乘坐人員所占空間，因此在考慮乘坐人員空間的情況下，其聲學(xué)共振頻率值應(yīng)有所下降，降幅約為3Hz以內(nèi)[4]。所以尾管噪聲輻射的激勵頻率41.6Hz與聲腔2階模態(tài)43.8Hz存在模態(tài)耦合。

圖7所示，從整車2階聲腔模態(tài)振型上看，在駕駛員位置有較大的聲壓值，說明該位置聲腔體積變化較大，且放大了局部聲壓響應(yīng)，駕駛員產(chǎn)生明顯的壓耳聲。進(jìn)一步判斷確認(rèn)聲腔模態(tài)與尾管激勵模態(tài)存在強(qiáng)烈的耦合。

2.4 轟鳴聲的消除

針對排氣系統(tǒng)尾管輻射噪聲，根據(jù)經(jīng)驗和數(shù)據(jù)分析對比，初步確定優(yōu)化后消音器內(nèi)部局部結(jié)構(gòu)，抑制或消除41.6Hz的模態(tài)，就可以消除這個轟鳴噪聲。消聲器結(jié)構(gòu)如下圖8、圖9所示。

圖8 消聲器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

圖9 優(yōu)化后消聲器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

通過對后消音器2輪優(yōu)化后，在消聲室整車轉(zhuǎn)轂測試，數(shù)據(jù)表明優(yōu)化消音器后，車內(nèi)噪聲在41.6Hz處峰值降低，改善效果較好。

圖10 駕駛員右耳噪聲曲線

圖11 后排colormap圖

從圖10可知，優(yōu)化后的后消音器，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速1250rpm處，overall噪聲峰值曲線下降4dB(A)，2階噪聲降低明顯，主觀評價后轟鳴聲消失，氣流聲下降，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速大于2500rpm時后排仍能聽到氣流聲。圖11是后排的colorma圖，橫坐標(biāo)是頻率，縱坐標(biāo)是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，圖中顏色深淺表示聲壓值的大小，優(yōu)化消音器后車內(nèi)氣流聲降低，消音器的貢獻(xiàn)降低。

3 氣流聲的分析與解決

3.1 氣流聲的傳遞路徑分析

初步判斷排氣尾管發(fā)出的氣流聲，通過空氣傳遞到車內(nèi)，對車身而言屬于空氣傳播；氣流聲具體的傳遞路徑是：通過泄壓閥，由外側(cè)圍、內(nèi)測圍鈑金空腔、行李箱飾板空調(diào)口傳遞到車內(nèi)。一般的解決措施就是盡可能密封后排鈑金孔洞和縫隙，但實際情況有些孔洞無法徹底密封。另一個就是針對空氣傳遞路徑增加聲包材料，提高聲波傳遞過程中的能量耗散[5]。

3.2 試驗驗證

圖12 聲包材料

綜合考慮項目成本和進(jìn)度，最終采用在側(cè)圍鈑金附近增加聲包材料，通過吸音材料吸收聲波傳播到車內(nèi)能量的措施。圖12所示，在后側(cè)圍鈑金空腔間填充海綿，設(shè)計的海綿件在Y方向上與鈑金干涉。測量數(shù)據(jù)表明： 改善了側(cè)圍鈑金至駕駛員右耳的聲學(xué)靈敏度如圖13所示，主觀評價發(fā)現(xiàn)后排車內(nèi)氣流聲消失。

圖13 駕駛員右耳聲學(xué)靈敏度

4 結(jié)束語

轟鳴聲和氣流聲是極易被顧客感知的噪音，主觀上使人體產(chǎn)生強(qiáng)烈的不舒適感。因此，在汽車開發(fā)階段，需要重視整車和子系統(tǒng)模態(tài)參數(shù)匹配，避免車身結(jié)構(gòu)和零部件子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模態(tài)與車內(nèi)聲腔模態(tài)耦合產(chǎn)生轟鳴聲。采用車內(nèi)聲包優(yōu)化控制技術(shù)，可降低車內(nèi)中、高頻噪音形成的氣流聲，以上措施對車內(nèi)降噪處理和節(jié)約后期的改進(jìn)成本具有非常重要的作用。