SUV車內轟鳴噪聲的分析與優化

劉濤，蔣兵，張軍，木標，王詩虎

(奇瑞商用車(安徽)有限公司，安徽蕪湖 241000)

0 引言

噪聲、振動與聲振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness，NVH)性能作為汽車乘坐舒適性的重要組成部分，近些年來越來越受到消費者和主機廠的重視。因此，汽車開發過程中整車NVH性能提升成為重要工作。轟鳴聲是整車NVH性能的重要評價指標，其頻率范圍通常為20～200 Hz,屬于低頻噪聲，在車內會產生很高的壓力脈動，容易給駕乘者帶來主觀感受上的不適感，引起客戶抱怨。因此，車內轟鳴聲必須得到解決。

目前國內外關于車內轟鳴聲的研究較多。OH等[1]從響應靈敏度分析來改善車內轟鳴聲。楊小超等[2]提出通過加裝動力吸振器抑制車身板件振動，改善起步車內轟鳴聲問題。趙靜等人[3]提出采用加強頂棚剛度來改變頂棚結構振動的固有頻率并抑制其振幅的方法，通過消除聲振耦合作用來抑制車內轟鳴聲。王海濤等[4]提出通過提高車身地板局部剛度改變結構振動固有頻率，避免地板結構振動和聲腔模態耦合的方法改善車內轟鳴聲。嚴輝等人[5]通過優化前圍與前風擋玻璃支撐剛度，降低車身振動，有效緩解高轉速下車內轟鳴聲問題。上述研究工作大多是從抑制車內響應和優化傳遞路徑來控制車內轟鳴聲，除了從優化傳遞路徑及抑制車內響應來控制車內轟鳴聲之外，從激勵源的角度出發也可以有效改善車內的轟鳴聲，但是目前從這方面開展的研究及應用工作較少。本文作者針對某SUV 開空調起步蠕行過程中車內存在轟鳴聲的問題，從優化激勵源的角度出發，通過標定策略優化調整起步蠕行過程中發動機的工作轉速，避開轟鳴轉速點，主觀評價車內轟鳴聲得到明顯改善，提升了整車駕乘舒適性，為快速解決車內轟鳴聲提供了一種新的思路。

1 轟鳴聲產生機制介紹

車輛駕駛艙的壁板不是剛性的，是由鋼板沖壓焊接而成的，具有自身結構的振動模態。空氣作為彈性體在乘坐室封閉的空腔體內會形成許多的振動模態和聲腔模態。當腔體內的空氣受到壓縮時，會發生體積變化，與乘坐室壁板的結構振動在低頻范圍內有很強的耦合作用。這種低頻的耦合模態在激勵下如果響應很大，便會在車內產生很高的壓力脈動，引起駕乘人員的不舒適感，這種現象被稱為轟鳴聲(Boom)[6]。轟鳴聲屬于低頻噪聲，頻率范圍通常在20～200 Hz之間，普遍存在于車輛起步蠕行、怠速、勻速、加速和減速等駕駛工況，動力總成、傳動系統、排氣系統以及不平路面激勵等因素都是車內轟鳴聲產生的激勵源。

2 問題描述

某SUV車型在上市前期綜合主觀評價中發現，車輛熱機后，D擋開空調從靜止起步至蠕行過程中發動機轉速在1 000 r/min附近車內存在較大且時間維持較長的低頻轟鳴聲，在擁堵的城市工況，汽車起步蠕行工況為客戶常用工況，該過程車內存在轟鳴聲將嚴重影響駕乘舒適性，極易引起客戶抱怨，因此車輛上市前該轟鳴聲必須解決。

3 原因分析

根據主觀評價團隊反饋的問題，采用對比主觀評價手段識別出車內低頻轟鳴聲與發動機轉速相關，詳見表1。

表1 對比評價法主觀評價方案及結果

為明確車內低頻轟鳴聲的特征，對問題樣車開展了NVH客觀測試，在車內駕駛員右耳布置了麥克風，同時同步記錄采集了發動機轉速信號，測試工況為熱機開空調，車輛D擋從靜止起步至蠕行過程，重復3次。測試結果如圖1和圖2所示。

圖1 車內駕駛員右耳噪聲彩圖

圖2 起步蠕行過程發動機轉速時域信號

結合圖1和圖2可以看出，開空調D擋起步階段發動機轉速從780 r/min上升至1 000 r/min左右并隨后振蕩下降，發動機轉速維持在1 000 r/min附近進入蠕行；從車內噪聲來看，隨著發動機轉速的上升車內二階噪聲能量顯著增加，在1 000 r/min左右達到最大，由于此時車速較低，背景噪聲較小，車內低頻噪聲極易引起車內乘員的轟鳴感抱怨。

為進一步明確車內低頻轟鳴聲產生的原因，結合轟鳴聲的產生機制及工程開發經驗開展了屏蔽排氣系統的試驗。對比試驗結果表明，排氣系統屏蔽后車內二階轟鳴峰值降低8 dB(A)左右，主觀評價可以接受，測試結果如圖3所示。

圖3 排氣屏蔽前后車內二階噪聲對比

綜上分析可以看出，D擋開空調起步蠕行車內低頻轟鳴聲主要與排氣系統及起步蠕行過程中發動機轉速相關。

4 改進措施及效果驗證

通過優化排氣系統可以達到解決車內轟鳴聲的目的，但由于此時優化排氣系統已不滿足項目開發周期，結合上述給出的車內低頻轟鳴聲的影響因素，因此考慮通過標定優化起步蠕行過程中的發動機轉速，從激勵源的角度避開車內的轟鳴轉速點，進而達到改善車內轟鳴聲的目的。表2給出起步蠕行過程中發動機轉速與水溫及大氣壓力的基礎Map，表格中左側為發動機水溫，上部為大氣壓力，中部為發動機轉速。大氣壓力90 kPa,發動機水溫60 ℃以上為文中所述問題的環境邊界條件，現標定策略是熱機工況空調開啟后電子控制單元(Electronic Control Unit，ECU)會給Map圖中粗體部分補償轉速150 r/min，使發動機轉速變為1 000 r/min左右即文中所述的轟鳴轉速點。通過優化標定策略，調整空調開啟時的補償轉速來改變起步蠕行過程中的發動機轉速，使之避開車內轟鳴抱怨轉速點。綜合考慮起步蠕行過程中的車輛駕駛性，主觀評價結果顯示當補償轉速設置為250 r/min即發動機轉速為1 100 r/min時車內轟鳴聲和車輛駕駛性均可以接受，圖4給出了標定策略優化前后車內轟鳴聲的客觀數據對比結果，圖5給出了優化后的起步蠕行策略。

表2 起步及蠕行過程基礎Map

圖4 標定策略優化前后車內二階噪聲對比

圖5 策略優化發動機轉速時域信號

標定策略優化后，車內二階轟鳴噪聲峰值降低4 dB(A)左右，同時主觀評價可以接受。

5 結束語

影響車內轟鳴聲的因素很多，而且轟鳴聲往往被發現于實物階段，此階段結構基本凍結，結構優化難以滿足項目開發周期。文中針對某SUV 熱機工況D擋開空調起步蠕行過程中車內存在轟鳴聲的問題，通過標定策略優化，將起步蠕行過程中發動機的工作轉速由1 000 r/min左右調整至1 100 r/min附近，避開車內轟鳴轉速點，主觀評價車內轟鳴聲得到明顯改善，提升了整車駕乘舒適性，縮短了整改周期，降低了優化成本，為快速解決車內轟鳴聲提供了一種新的思路。