車內(nèi)低頻路噪問(wèn)題的分析與控制

趙偉豐，王文彬，周浩東

（1.長(zhǎng)城汽車股份有限公司 技術(shù)中心，河北 保定071000；2.河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定071000）

主題詞：聲學(xué)；路噪；低頻噪聲；時(shí)域傳遞路徑分析；模態(tài)分析

隨著我國(guó)汽車工業(yè)的快速發(fā)展及其在大眾生活中的普及，作為重要品質(zhì)感的NVH性能越來(lái)越受到消費(fèi)者和汽車制造廠商的重視，近幾年來(lái)NVH控制技術(shù)在國(guó)內(nèi)汽車廠家得到了較快的發(fā)展，車內(nèi)整體噪聲水平有了明顯降低[1]。但隨之出現(xiàn)的問(wèn)題是路噪、風(fēng)噪更加凸顯，尤其是路面激勵(lì)產(chǎn)生的低頻噪聲，長(zhǎng)時(shí)間作用會(huì)使人產(chǎn)生疲勞和煩躁，對(duì)車內(nèi)駕乘舒適性有較大影響，路噪問(wèn)題的分析和控制，成為一個(gè)日益重要的課題[2-3]。本文以一款車型為例，對(duì)傳遞路徑和車身響應(yīng)進(jìn)行了分析，識(shí)別出主要影響因素并進(jìn)行了優(yōu)化，最終達(dá)到理想的改善效果。

1 問(wèn)題描述

某車型在主觀評(píng)價(jià)時(shí)發(fā)現(xiàn)，中低車速粗糙路面上行駛時(shí)，車內(nèi)有明顯的隆隆聲。通過(guò)對(duì)不同路面對(duì)比評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)粗糙路面上該問(wèn)題較為嚴(yán)重，而在光滑路面上，問(wèn)題會(huì)明顯減弱；另外在不同檔位分別評(píng)價(jià)，無(wú)論加速或減速，帶檔滑行與空檔滑行，車內(nèi)的“隆隆”聲變化很小。從以上評(píng)價(jià)可以總結(jié)出，此問(wèn)題與動(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)性較小，主要與路面激勵(lì)有關(guān)，可以初步判定為路噪問(wèn)題。

為了更進(jìn)一步對(duì)問(wèn)題進(jìn)行明確，需進(jìn)行客觀測(cè)試。試驗(yàn)路面選取試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)的粗糙路，參考GB/T18697-2002 標(biāo)準(zhǔn)在車內(nèi)駕駛員耳旁位置布置麥克風(fēng)，如圖1所示[4]。

連接LMS 噪聲采集設(shè)備，在50 km/h 車速下進(jìn)行測(cè)試，然后進(jìn)行頻譜分析，由于此問(wèn)題聲音頻率較低，因此頻譜數(shù)據(jù)主要查看200 Hz 以下頻率范圍，結(jié)果如圖2所示。

從頻譜圖可以看出，在70 Hz、90 Hz、165 Hz 和200 Hz左右頻率處，均存在噪聲峰值，直接從圖上很難判斷主觀聽(tīng)到的問(wèn)題聲音由哪個(gè)峰值引起，需結(jié)合Test.Lab軟件中的濾波功能進(jìn)行分析。分別濾掉上述4個(gè)頻率段回放，與原聲音樣本進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)濾掉90 Hz 頻段后聽(tīng)到的聲音中隆隆聲明顯減小，清晰度改善明顯，而濾掉其它頻段變化不大，可以確定此問(wèn)題主要由90 Hz處噪聲峰值引起。

圖1 麥克風(fēng)布置位置

圖2 路噪頻譜圖

2 問(wèn)題發(fā)生機(jī)理

對(duì)于車輛由于路面激勵(lì)產(chǎn)生的噪聲，按問(wèn)題發(fā)生的頻率（如圖3）和人的主觀感受主要分為以下4種。

圖3 路面噪聲問(wèn)題分類示意圖

①頻率范圍在30 Hz～50 Hz左右的“鼓噪”聲，主觀表現(xiàn)為對(duì)人耳的壓迫感，嚴(yán)重時(shí)可以導(dǎo)致耳朵疼痛。

②頻率范圍在80 Hz～140 Hz 左右的“路噪”聲，主觀表現(xiàn)為“隆隆”聲。

③頻率為200 Hz 左右的輪胎空腔噪聲，主觀感受聲音頻率比“路噪”聲略高，通常為類似金屬敲擊的嗡嗡聲。

④頻率為400 Hz 以上的輪胎花紋噪聲，通常表現(xiàn)為“沙沙”的聲音，且聲音的頻率隨著車速的不同而變化。

路面噪聲問(wèn)題依據(jù)發(fā)生機(jī)理的不同，一般分為結(jié)構(gòu)傳遞噪聲和空氣傳遞噪聲，通常對(duì)于①、②和③類問(wèn)題，主要由結(jié)構(gòu)傳遞產(chǎn)生，而對(duì)于④類問(wèn)題，主要由空氣傳遞產(chǎn)生，傳遞路徑示意圖如圖4所示。

圖4 傳遞路徑示意圖

本文發(fā)生的問(wèn)題對(duì)應(yīng)于第②種噪聲，由結(jié)構(gòu)傳遞引起，激勵(lì)源為路面，當(dāng)車輪在粗糙路面上行駛時(shí)，凹凸不平的路面結(jié)構(gòu)給輪胎一個(gè)隨機(jī)的振動(dòng)激勵(lì)，振動(dòng)從輪胎胎面?zhèn)鬟f到軸頭，再?gòu)妮S頭分別通過(guò)懸架、副車架等部件傳遞到車身，最終激勵(lì)起車身上的板件模態(tài)而產(chǎn)生轟鳴聲[5-7]。

3 原因分析

3.1 傳遞路徑模型建立

傳遞路徑分析（Transfer Path Analysis，簡(jiǎn)稱TPA）是一種基于試驗(yàn)的振動(dòng)噪聲分析方法，一般將整個(gè)系統(tǒng)劃分為幾個(gè)較為獨(dú)立的子結(jié)構(gòu)，每個(gè)子結(jié)構(gòu)都以傳遞函數(shù)來(lái)表征其結(jié)構(gòu)特性[8]。傳遞路徑分析的核心思想是將機(jī)械系統(tǒng)簡(jiǎn)化為“激勵(lì)源-傳遞路徑-響應(yīng)點(diǎn)”的分析模型[9]，如圖5所示。

圖5 遞路徑數(shù)學(xué)模型

根據(jù)路噪產(chǎn)生機(jī)理，引起主駕右耳路噪大的激勵(lì)源為路面，由于路面激勵(lì)難以直接獲取，本文假設(shè)軸頭為激勵(lì)源，響應(yīng)點(diǎn)為主駕右耳，結(jié)合實(shí)車結(jié)構(gòu)，對(duì)該車型開(kāi)展時(shí)域傳遞路徑分析,共識(shí)別路噪傳遞路徑16條，具體如表1所示。

根據(jù)表1中路噪傳遞路徑，在HEAD Prognoise中建立全程時(shí)域傳遞路徑分析模型如圖6所示。

表1 路噪傳遞路徑

圖6 全程時(shí)域傳遞路徑分析模型

3.2 試驗(yàn)參數(shù)獲取

為獲取各車身安裝點(diǎn)的加速度阻抗和車身聲學(xué)靈敏度，將車輛放置于隔離振源的半消聲試驗(yàn)室，在軸頭、懸架、副車架、縱臂車身安裝點(diǎn)分別布置加速度傳感器，軸頭和縱臂傳感器布點(diǎn)見(jiàn)圖7、圖8所示。

主駕右耳布置麥克風(fēng)，用力錘依次激勵(lì)各車身安裝點(diǎn)，試驗(yàn)采集系統(tǒng)為HEAD，采樣頻率設(shè)置為4 000 Hz，每次敲擊采集時(shí)間為2 s，每組數(shù)據(jù)敲擊10次。在Artemis 中導(dǎo)入處理測(cè)試數(shù)據(jù)，調(diào)用Transfer Function函數(shù)計(jì)算各車身安裝點(diǎn)的加速度阻抗和車身聲學(xué)靈敏度。

圖7 軸頭布點(diǎn)

圖8 縱臂布點(diǎn)

在粗糙路面50 km/h工況下，測(cè)量軸頭和各車身安裝點(diǎn)振動(dòng)。試驗(yàn)采集系統(tǒng)為HEAD，采樣頻率設(shè)置為4 000 Hz，采集時(shí)間為10 s，在Artemis中導(dǎo)入處理測(cè)試數(shù)據(jù)，調(diào)用Transfer Function函數(shù)計(jì)算隔振元件傳遞率。

3.3 路徑貢獻(xiàn)量分析

將加速度阻抗、車身聲學(xué)靈敏度、隔振元件傳遞率導(dǎo)入分析模型，并進(jìn)行擬合計(jì)算，對(duì)比實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與擬合結(jié)果，所關(guān)注頻率（90 Hz附近）擬合結(jié)果一致性較好，見(jiàn)圖9所示。

圖9 主駕右耳噪聲實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與擬合結(jié)果

對(duì)比各路徑90 Hz附近擬合結(jié)果，路徑“左后軸頭→左縱臂車身安裝點(diǎn)→車內(nèi)”和“右后軸頭→右縱臂車身安裝點(diǎn)→車內(nèi)”擬合結(jié)果較其它路徑偏大，為主要貢獻(xiàn)路徑，各路徑擬合結(jié)果如圖10所示。

在整車坐標(biāo)系下將兩條主要貢獻(xiàn)路徑的貢獻(xiàn)分別分解到X、Y和Z3 個(gè)方向[10]，通過(guò)對(duì)比分析，Z向貢獻(xiàn)大是導(dǎo)致這兩條路徑貢獻(xiàn)大的主要原因，見(jiàn)圖11所示。

圖10 各路徑貢獻(xiàn)

在HEAD Prognoise中對(duì)兩條主要貢獻(xiàn)路徑Z向的隔振元件傳遞率、車身聲學(xué)靈敏度進(jìn)行優(yōu)化分析，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化隔振元件傳遞率和車身聲學(xué)靈敏度可明顯降低兩條傳遞路徑Z向貢獻(xiàn)量，如圖12所示。

3.4 車身排查

為進(jìn)一步排查車身貢獻(xiàn)點(diǎn)，測(cè)試整車板件模態(tài)，將車輛放置于隔離振源的試驗(yàn)室，低頻體積聲源置于車內(nèi)，見(jiàn)圖13所示。

圖12 優(yōu)化前、后擬合結(jié)果

在車身頂棚、車門、側(cè)圍、后背門、地板各板件處分別布置加速度傳感器，用聲音激勵(lì)采集車身板件振動(dòng)，試驗(yàn)采集系統(tǒng)為L(zhǎng)MS Test.Lab，分析帶寬為200 Hz，頻率分辨率為0.39，試驗(yàn)結(jié)果取30次平均測(cè)試整車板件模態(tài)，數(shù)據(jù)顯示86.6 Hz側(cè)圍部位呈現(xiàn)呼吸模態(tài)，見(jiàn)圖14所示。

綜合以上傳遞路徑分析和車身模態(tài)分析結(jié)果，此車型路噪問(wèn)題，是由于路面激勵(lì)通過(guò)后縱臂傳遞到車身側(cè)圍板件，引起車身側(cè)圍振動(dòng)共振，壓迫車內(nèi)聲腔產(chǎn)生。

圖13 低頻體積聲源布置位置

圖14 側(cè)圍86.6 Hz模態(tài)

4 方案制定及驗(yàn)證

對(duì)上述兩條主要路徑進(jìn)行模態(tài)測(cè)試，該路徑未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題頻率模態(tài)，排除該路徑部件模態(tài)共振引起，為減小振動(dòng)傳遞，將后縱臂襯套硬度由64 HR 降至50 HR，直徑由57 mm增至70 mm進(jìn)行驗(yàn)證，見(jiàn)圖15所示。

圖15 襯套部件圖

為減小側(cè)圍板件振動(dòng)幅值，在側(cè)圍內(nèi)外板之間增加夾角板方案，見(jiàn)圖16所示。

將上述2 種方案均實(shí)施在整車進(jìn)行驗(yàn)證，主觀評(píng)價(jià)車內(nèi)“隆隆”聲明顯減小，測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，在問(wèn)題頻率段噪聲峰值降低7.7 dB(A)，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)圖17所示。

圖16 側(cè)圍增加夾膠板方案圖示

圖17 襯套優(yōu)化后車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本問(wèn)題的解決，獲得以下結(jié)論：

(1)全程時(shí)域傳遞路徑分析，可以在一個(gè)“多輸入-多輸出”系統(tǒng)中全面和系統(tǒng)地對(duì)路噪問(wèn)題進(jìn)行診斷分析。

(2)后縱臂襯套剛度優(yōu)化、側(cè)圍鈑金增加夾膠板方案，能夠有效減小輪胎到車內(nèi)的傳遞和響應(yīng)，降低車內(nèi)低頻路噪。

(3)在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)綜合考慮懸架傳遞路徑及車身模態(tài)對(duì)車內(nèi)路噪的影響。