某SUV低頻路噪診斷與優化設計

何嘉洋

摘 ?要：為解決某SUV車型主觀評價中發現的噪聲問題，進行了實車路試與模態測試。結合測試數據與CAE分析結果，從不同方面分析，最終確定問題產生的原因：尾門模態與聲腔模態耦合對車內噪聲產生負面影響?；跍y試數據，利用仿真分析方法對尾門進行優化，降低了車內后排低頻路噪。

關鍵詞：低頻路噪;模態測試;緩沖塊

中圖分類號：U467.1 ? ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1005-2550（2020）06-0057-05

Abstract： In order to solve the noise problem found in the subjective evaluation of a SUV model， the vehicle road test and modal test were carried out. Combined test data with CAE analysis results， and analyze from different aspects， the cause of the problem was found out. The tailgate mode coupling with the acoustic cavity mode has a negative impact on the Vehicle Interior Noise. The tailgate is optimized by simulation analysis method on the basic of test data. Finally The low frequency road noise in the rear of the car is reduced.

Key Words： Low Frequency Road Noise; ?Modal Test; ?Buffer

隨著科技進步與汽車工業的發展，消費者對汽車各種性能提出了更高的要求。其中NVH（noise、vibration、hardness）性能已經成為消費者購買汽車的重要考慮因素，因此提升汽車的NVH性能以滿足消費者的需求，成為了各個主機廠的努力方向。

本文針對某SUV車型在粗糙路面以60km/h勻速行駛時，車內后排低頻路噪突出，通過實車測試與仿真分析，找出問題的原因并提出解決辦法。

1 ? ?問題描述

某SUV主觀評估時反饋粗糙路面勻速60km/h 駛時，車內有低頻壓耳感，且后排位置比前排嚴重?？陀^數據頻譜分析時發現，車內噪聲頻譜在低頻段49Hz存在較大峰值，與主觀評估較為吻合，且車內噪聲表現為從前至后依次增大。測試數據如圖1所示：

2 ? ?問題分析

該問題為典型路噪問題，路面激勵通過輪胎傳遞到輪心，輪心傳入懸架，再通過懸架傳遞到車身，引起車身局部鈑金振動，并向車內輻射噪聲。問題頻率為49Hz附近，結合經驗分析，考慮為路面激勵引起車身局部模態共振，或與車內聲腔模態相耦合，從而引起車內轟鳴聲，所以分別對聲腔模態與車身局部模態進行排查。

2.1 ? 聲腔模態排查

在Hyper mesh中建立該車型聲腔有限元模型，并通過仿真計算得到聲腔模態結果，如表1所示：

聲腔縱向一階模態頻率為49.8Hz，與車內49Hz噪聲峰值頻率比較接近，其聲腔模態圖如圖2所示：

2.2 ? 車身局部模態排查

對車身進行模態測試發現尾門外板模態頻率在48.6Hz存在模態，整體呈現整車X向平動并伴有局部變形，結合如圖3所示的模態頻響函數曲線分析，認為該模態為尾門的剛體模態，局部變形可能由該處剛度不足引起，易于聲腔模態相耦合。模態振型如圖4所示。

同時尾門內板模態頻率在49.6Hz存在模態，呈現整車X向平動伴隨中部彎曲，模態振型如圖5所示：

綜合測試與仿真結果，初步認為噪聲問題原因是縱向一階聲腔模態與尾門模態耦合共振，對車內噪聲產生了影響。下面對此進行驗證。

3 ? ?問題確認

3.1 ? 聲腔模態影響驗證

實際操作中改變車內聲腔模態比較難以實現，通過打開尾門的方式破壞車內聲腔。在僅打開尾門的條件下進行勻速60km/h路噪采集。測試結果如圖6所示，后排問題峰值噪聲大幅度下降。

3.2 ? 車身局部模態驗證

模態實驗分析的是系統的固有屬性，即固有頻率，不隨外力作用的時間和頻率改變。只有當系統的阻尼、剛度和質量或約束條件改變時，這種固有頻率才會發生變化。一般結構的阻尼比一般遠小于10%，根據無阻尼固有頻率與有阻尼固有頻率關系式：

模態振型表示結構可能存在的變形形狀，而變形形狀是與應變能直接關聯的，應變值大的單元對模態頻率與振型影響也大。因此可以識別變形大的位置增加質量塊改變其結構特性從而改變模態進行問題排查。

為了了解尾門在工作中的變形情況，對尾門在粗糙路面進行60km/h路噪測試及整體ODS（Operation Deflection Shapes）排查。ODS即結構的工作變形分析，其不同于模態測試，ODS測試值會隨著激勵力的變化而變化，更真實的反應出工作過程中結構的振動情況，而模態測試分析的是結構的固有屬性。ODS測試結果如圖7所示：

ODS測試結果顯示，尾門整體在50Hz峰值最大，變形程度最大，與模態測試結果相對應。

根據模態振形與ODS確定尾門外板車牌安裝位置附近與尾門內板中部變形最大，在尾門內、外板變形最大處分別增加5Kg質量塊并在粗糙路面進行60km/h路噪測試，結果如圖8所示。路噪結果顯示，尾門外板增加質量塊后車內噪聲沒有改善，尾門內板增加質量塊后車內49Hz噪聲峰值下降了3.6dB（A）。所以尾門內板是影響車內噪聲的主要因素。

3.3 ? 改變尾門約束狀態

將尾門內外板看為整體，由公式（2）可知，改變系統的剛度或質量會對模態頻率產生影響。改變尾門的約束條件能使尾門整體的剛度發生變化，從而使模態頻率改變。拆除不同數量尾門緩沖塊可以形成不同的約束條件，這也是最直接、快捷的方式。

對稱拆除尾門2個及4個緩沖塊后，分別在粗糙路面進行了60km/h路噪測試，實驗結果如下圖9所示，拆除2個緩沖塊后排噪聲下降了3.2dB（A）;拆除4個緩沖塊后排噪聲下降了7.1dB（A）。

根據測試結果可知，拆除數量不等的緩沖塊后形成不同的約束條件，對尾門模態頻率影響效果有所差異，對車內噪聲改善的效果也不一樣。

通過試驗驗證分析，基本可確認該問題由路面激勵引起車身局部共振與車內聲腔模態耦合。

4 ? ?優化措施

尾門模態與聲腔耦合模態是由尾門鈑金變形和與聲腔的聲壓改變相互作用，互相影響的。相對于聲腔模態振型控制，模態避頻改動小、易實現，通常作為解決問題的首選，以下優化方案都針對尾門進行展開。

4.1 ? 方案1：尾門內外板間增加支撐

運用CAE分析方法在尾門內板薄弱處增加支撐支架，支架支撐在尾門內板上，支撐腳固定在尾門外板內側。完成加強方案，導出數模，使用Optistruct計算尾門0-100Hz范圍內的模態。分析結果表明該方案將尾門整體模態提升至53.3Hz，局部區域有所加強。與聲腔縱向一階模態錯開3.5Hz。優化結果如圖10所示：

將CAE優化方案進行樣件試制并安裝在仿真優化的位置在粗糙路面進行60km/h行駛方案驗證，后排噪聲在49Hz峰值處下降了3.2dB（A），有效地改善了車內噪聲。結果如圖11所示：

4.2 ? 方案2：實車更改緩沖塊硬度驗證

該車型尾門共有四個緩沖塊，在關閉尾門時起緩沖作用。更改緩沖塊硬度可以改變尾門整體模態，由于該尾門初始狀態剛體模態頻率較高，故可以將剛體模態頻率適當降低。根據要求收集了60HA、50HA、40HA（邵氏A硬度）三個不同硬度的緩沖塊在粗糙路面進行60km/h路噪測試。測試結果如圖12所示，采用60HA硬度的緩沖塊峰值噪聲下降了2.1dB（A）;采用50HA硬度的緩沖塊峰值噪聲下降了4.7dB（A）;采用40HA硬度的緩沖塊峰值噪聲下降了6.6dB（A）。對于本車型采用的緩沖塊硬度越低，噪聲峰值的改善效果越好，但是低硬度緩沖塊能否滿足耐久、疲勞等性能的要求，還需要進一步驗證。

5 ? ?結論

改變尾門模態的方法除了在結構上增加質量、剛度以及優化結構外，還可以改變結構的約束條件。本文分析了某SUV車型在粗糙路面以60km/h勻速行駛時的車內后排噪聲明顯的原因，并提出了尾門內外板間增加支撐、更改緩沖塊硬度兩個解決方案，使尾門模態避開了聲腔模態，降低了模態耦合的風險。

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