某乘用車起步噪聲分析與優(yōu)化

覃有實(shí)，潘宇倩

（1. 廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南寧 530001； 2.柳州工學(xué)院，柳州 545616）

前言

隨著汽車的快速發(fā)展，汽車的NVH問題愈發(fā)受到關(guān)注，用戶對(duì)汽車的舒適性要求提高[1]。車輛起步時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速處于上升階段，車速不高，車身受到的激勵(lì)主要來自于動(dòng)力總成及傳動(dòng)系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲隨轉(zhuǎn)速的升高不斷增大[2]。豐田公司針對(duì)混合動(dòng)力ESS車型的起步噪聲，分析了發(fā)動(dòng)機(jī)在起步時(shí)的激勵(lì)主要來源于起動(dòng)反作用力和缸壓波動(dòng)及發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，通過控制進(jìn)氣門正時(shí)、延遲點(diǎn)火、增加噴油量、活塞初始位置控制等措施來減小起步的振動(dòng)噪聲[3-6]。福特通過控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和電機(jī)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償來減小起動(dòng)噪聲[7]。汪江等通過研究了傳動(dòng)系統(tǒng)在等速驅(qū)動(dòng)軸傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸有輪轂軸承交界面產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，產(chǎn)生噪聲[8]。

解決汽車的振動(dòng)噪聲問題的關(guān)鍵是查明振源所在，并對(duì)振源的激勵(lì)進(jìn)行控制，但是整車作為一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，部件眾多，并與其他部件有著各種的連接，需要NVH人員了解汽車的構(gòu)造，各系統(tǒng)部件的振動(dòng)噪聲性能，掌握相關(guān)的方法，這樣才能有效、快速的查明振動(dòng)噪聲源所在。常用的噪聲源識(shí)別方法有：頻譜分析法、分別運(yùn)轉(zhuǎn)消去法、聲壓分析法、信號(hào)分析法、聲全息、傳遞路徑分析法、仿真等[9]，在實(shí)際應(yīng)用中，通常是多種并行來識(shí)別和診斷問題。本文針對(duì)某乘用車起步噪聲大問題，采用主觀評(píng)價(jià)、頻譜分析、傳遞路徑法等方法從聲源、傳遞路徑方面分析導(dǎo)致起步噪聲問題的因素，并針對(duì)問題點(diǎn)提出了優(yōu)化方案，有效的解決起步噪聲大問題。

1 起步噪聲大問題定義與分析

搭載N15T+CVT的多個(gè)平臺(tái)車型發(fā)現(xiàn)在車輛在起步時(shí)，其噪聲較大，不線性，較對(duì)標(biāo)車型差。

針對(duì)提出的起步噪聲大問題，為鎖定問題的原因，測(cè)試某車型乘用車（測(cè)試車）與對(duì)標(biāo)車在起步的駕駛員右耳、后排乘客噪聲、座椅振動(dòng)。測(cè)試工況為D檔，油門開度為30 %，50 %，100 %。選取50 %油門開度，駕駛員右耳處坎貝爾圖如圖1所示，各車的起步過程中轉(zhuǎn)速如圖2所示。

從圖1的坎貝爾圖可以看出在起步工況下，測(cè)試車的2階噪聲能量較對(duì)標(biāo)車大，為結(jié)構(gòu)噪聲，且存在有轉(zhuǎn)速下降的情況，在350 Hz左右存在共振帶（圖中的紅框部分）。

圖1 50 %油門起步工況駕駛員右耳噪聲

從圖2的起步工況下各車型發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以看出測(cè)試車的液力變矩器結(jié)合過程轉(zhuǎn)速較對(duì)標(biāo)車高，液力變矩器在結(jié)合過程中轉(zhuǎn)速下降太大，達(dá)到400~500 rpm，對(duì)標(biāo)車只有約200 rpm。液力變矩器結(jié)合過程，時(shí)間太長(zhǎng)，達(dá)到2 s左右，對(duì)標(biāo)車只有約1 s。

圖2 起步工況發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

針對(duì)起步工況下的結(jié)構(gòu)聲，針對(duì)50 %油門開度的起步工況，采集發(fā)動(dòng)機(jī)各懸置的主、被動(dòng)端振動(dòng)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后發(fā)現(xiàn)左懸置與后懸置的Z向隔振率不足，小于20 dB，其振動(dòng)衰減較差，發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞到車身側(cè)的振動(dòng)能量多。

整車作為一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，其受多種振動(dòng)噪聲源的激勵(lì)，每種激勵(lì)都可能通過不同的路徑傳遞到響應(yīng)點(diǎn)。通過測(cè)試的方法獲取懸置到車內(nèi)的傳遞函數(shù)，發(fā)現(xiàn)后懸置至車內(nèi)響應(yīng)點(diǎn)的傳遞函數(shù)上存在350 Hz左右的峰值，如圖3所示，與起步工況的車內(nèi)聲壓的低頻轟鳴頻帶對(duì)應(yīng)。

圖3 懸置到車內(nèi)的傳遞函數(shù)

結(jié)合上面分析可得測(cè)試車起步噪聲大的主要原因：①在起步過程中加速結(jié)構(gòu)聲較大，主要體現(xiàn)為發(fā)動(dòng)機(jī)的2階噪聲；②低頻存在轟鳴；③加速聲音和轉(zhuǎn)速線性度差。

2 方案整改與驗(yàn)證

依據(jù)以上的原因，結(jié)合公司整車NVH開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)庫，制定初步的整改方向：①優(yōu)化懸置，改善傳遞路徑；②在前圍處加靜音鋼板，減小發(fā)動(dòng)機(jī)輻射至車內(nèi)的噪聲；③優(yōu)化標(biāo)定，增加線性度。

2.1懸置整改

對(duì)隔振率小于20 dB的左、后懸置進(jìn)行調(diào)制，修改懸置橡膠硬度，從而調(diào)整懸置剛度，主要針對(duì)懸置的Z向剛度。懸置整改結(jié)果如圖4、5所示。左、后懸置優(yōu)化后皆能減小350 Hz左右轟鳴聲，但是在200~300 Hz之間，聲音變得粗糙。對(duì)于2階結(jié)構(gòu)噪聲，左、后懸置優(yōu)化后都使其增大了，其中在對(duì)后懸置的優(yōu)化效果進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)時(shí)，還存在“突突聲”，認(rèn)為該方案對(duì)于起步噪聲效果不理想。

圖4 左懸置整改結(jié)果對(duì)比

2.2在前圍處加靜音鋼板

為驗(yàn)證是否是發(fā)動(dòng)機(jī)輻射聲傳遞到車內(nèi)，在前圍防火墻處加靜音鋼板，相當(dāng)于在傳遞路徑中增強(qiáng)了隔聲效果，同時(shí)減小發(fā)動(dòng)機(jī)輻射噪聲的傳播，其結(jié)果如圖6所示，可以看出加靜音鋼板后，起步工況的2階噪聲能量減小，且350 Hz左右的轟鳴聲降低，優(yōu)化后的整體效果較為明顯，在整個(gè)頻帶中噪聲能量都減小了，效果優(yōu)于懸置整改發(fā)方案。

圖6 加靜音鋼板效果

2.3標(biāo)定優(yōu)化

標(biāo)定因素主要影響起步加速聲和轉(zhuǎn)速線性度問題。

圖5 后懸置整改結(jié)果對(duì)比

在標(biāo)定策略中增加滑膜功能，并調(diào)整液力變矩器的結(jié)合過程，轉(zhuǎn)速調(diào)低，轉(zhuǎn)速波動(dòng)調(diào)低，結(jié)合時(shí)間調(diào)短。標(biāo)定優(yōu)化的轉(zhuǎn)速效果如圖7所示，TC結(jié)合過程提前，比優(yōu)化前更早進(jìn)入結(jié)合，結(jié)合過程也更為平穩(wěn)，液力變矩器的轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速趨勢(shì)較為一致。

圖7 增加化膜功能對(duì)比

整改標(biāo)定后的結(jié)果如圖8所示，可以看出標(biāo)定優(yōu)化后的效果較為明顯，發(fā)動(dòng)機(jī)2階噪聲明顯減小，標(biāo)定優(yōu)化后的4階噪聲能量也降低了，主觀評(píng)價(jià)時(shí)標(biāo)定優(yōu)化的線性度較原狀態(tài)好，超越對(duì)標(biāo)車1。

圖8 標(biāo)定優(yōu)化后起步噪聲效果

3 結(jié)束語

針對(duì)某乘用車起步過程中噪聲大、不線性問題，綜合運(yùn)用主觀評(píng)價(jià)、傳遞路徑分析以及頻譜分析技術(shù)，確定了問題的主要原因：1）在起步過程中加速結(jié)構(gòu)聲較大，2）低頻存在轟鳴，3）加速聲音和轉(zhuǎn)速線性度差。針對(duì)問題點(diǎn)進(jìn)行了懸置優(yōu)化、加靜音鋼板和標(biāo)定優(yōu)化三種方案驗(yàn)證，其中加靜音鋼板和標(biāo)定優(yōu)化方案效果最佳，建議加靜音鋼板和標(biāo)定優(yōu)化方案結(jié)合，減小起步噪聲大問題，提高整車NVH品質(zhì)。