某SUV排氣系統振動引起車內低頻轟鳴問題研究

張慧芳石巖范永恒史曉寧耿鵬飛

某SUV排氣系統振動引起車內低頻轟鳴問題研究

張慧芳1，2石巖1，2范永恒1，2史曉寧1，2耿鵬飛1，2

（1.長城汽車股份有限公司技術中心；2.河北省汽車工程技術研究中心）

針對某SUV車內產生低頻轟鳴的問題，應用CAE仿真和試驗方法研究噪聲產生路徑及解決方法，判斷出該問題是由排氣系統振動并通過“排氣系統—發動機—懸置系統—車內”路徑傳遞到車內引起。通過修改排氣系統模態，使車內噪聲降低0～5dB，成功解決該車車內轟鳴問題，并驗證了所用排查路徑及解決方法的正確性和可行性。

1 前言

車內轟鳴問題是一種汽車經常出現的NVH問題。引起車內低頻轟鳴的系統很多，包括排氣系統、進氣系統、懸置系統、傳動系統等；傳播的路徑也較難查找，包括結構傳播和空氣傳播，因此車內轟鳴問題解決難度較大。

排氣系統是引起車內低頻轟鳴問題的主要系統之一，而引起車內轟鳴的排氣振動原因也多種多樣，傳遞路徑也較難查找，如果相關原因分析錯誤會導致問題解決出現偏差。本文針對某SUV車型出現的車內低頻轟鳴問題，尋找一條排查排氣振動問題的新路徑，并總結排氣系統常見的振動問題。

2 問題描述

該SUV車型主觀感受在5擋1 500～1 800 r/min車內出現轟鳴問題，前排問題較嚴重。該車型的基本信息如表1所列。

表1 車型基本信息

駕駛員右耳總級及階次噪聲如圖1所示。可知，轟鳴產生的主要貢獻為發動機2階噪聲。經過車內數據與各系統相關數據對比，得知與排氣系統振動關系較大，駕駛員右耳2階噪聲與排氣吊鉤（測試振動最大的2個吊鉤）主動側振動對比如圖2所示。由圖2初步判斷轟鳴問題是由排氣系統振動引起。

3 原因及路徑分析

3.1 排氣系統振動引起車內轟鳴的原因

排氣系統振動主要分為零部件模態共振和排氣系統整體振動，能夠引起車內轟鳴問題的原因很多，如圖3所示。在排查問題時如果理不清楚可能產生的原因，會加大問題排查的難度。

3.2 排氣系統振動傳遞到車內路徑分析

在解決排氣系統振動問題時，一般的分析思路為振動經發動機傳遞給排氣系統，再經橡膠吊耳傳遞給車身，最后傳遞到車內。排查問題時一般將排氣吊鉤斷開驗證，如果沒有變化，則認為與排氣系統振動無關，這容易誤導研究人員對問題的排查。因為排氣系統還可以通過柔性節反傳給發動機，進而傳遞給懸置系統，再傳遞到車內，如果忽略此條路徑則不利于找到問題真正原因。

4 問題分析

4.1 仿真分析

根據排氣系統振動可能引起轟鳴的原因，對排氣系統進行仿真分析，振動原因排查表如表2所列。

表2 排氣系統振動原因排查表

經過仿真分析，排氣系統在55 Hz處有一階垂向和橫向綜合的振型，與問題頻率相同，判斷為排氣系統模態振型引起（圖4）或者吊鉤處振動量級過大引起。需要做試驗進行驗證，驗證方案為在管路反節點處增加2 kg質量塊，作用為降低吊鉤處振幅及改變排氣系統模態，加質量塊后振型頻率由55 Hz降低到49 Hz（圖5），問題頻率處振幅降低（圖6）。

4.2 試驗確認

加質量塊后，排氣吊鉤主動側頻率發生偏移，振幅降低，這與仿真結果相同，但駕駛員右耳處的噪聲沒有消失，而是隨著排氣吊鉤頻率發生偏移（圖7），因此確定該問題主要與排氣系統模態振型有關。

分析相關路徑如表3所列。圖8和圖9分別為排查路徑1、2方案結果。由圖8可知,將排氣吊鉤全部斷開后，車內噪聲反而升高，因此此路徑不是傳遞路徑。由圖9可知，原狀態時，車內問題與后懸置Z向振動峰值相符；加質量塊后，車內問題變化與后懸置振動變化相符，因此可以判斷振動通過此路徑傳遞到車內。

表3 路徑分析

5 方案優化及驗證

5.1 仿真優化

此問題由排氣系統模態引起，且通過排氣系統反傳給發動機，解決方法可以從排氣模態、軟連接、懸置系統3方面入手。結合實際情況，決定從排氣模態入手，將軟連接更換為雙球鉸，更改排氣系統模態。更改后排氣系統模態振型發生變化，垂向振型消失，如圖9所示。

5.2 試驗驗證

換雙球鉸方案后，駕駛員右耳處噪聲降低0～5dB，主觀感覺轟鳴消失，且沒有衍生出其它問題。換雙球鉸前、后駕駛員右耳2階噪聲對比如圖10所示。

6 結束語

a.總結出排氣振動能夠引起車內低頻轟鳴的主要原因，提出一條有別于一般排查路徑的新路徑。

b.結合實際車型項目案例，通過對排氣系統模態振型的優化，將軟連接更換為雙球鉸，經試驗驗證，此方案成功消除由2階引起的車內轟鳴問題。

1 成亞南，周權.基于仿真分析的車內轟鳴聲控制方法.2013中國汽車工程學會年會論文集，2013CN（44）：1395～1401.

2 龐劍，諶剛，何華.汽車噪聲與振動.北京：北京理工大學出版社，2006.

3 穆國寶，席忠民，何凱欣.汽車車內轟鳴聲研究及其工程優化.LMS年會論文集，2014.

4 薛皓文，姜建中，孫勃.某皮卡車內轟鳴問題分析與改進.LMS年會論文集.2014.

5 張維達.汽車排氣系統隔振分析與設計：[學位論文].南京：南京航空航天大學，2012.

6 張碩，楊亮.排氣系統結構噪聲的分析與優化控制.噪聲與振動控制，2011，（5）:93～98.

（責任編輯晨 曦）

修改稿收到日期為2015年4月1日。

Research on Low Frequency Booming Noise of A SUV caused by Exhaust System’s Vibration

Zhang Huifang,Shi Yan,Fan Yongheng,Shi Xiaoning,Geng Pengfei
（1.Great Wall Motor Company R&D Center;2.Automotive Engineering Technical Center,Hebei Province）

This paper researches on paths and methods to eliminate the SUV interior low frequency booming noise by CAE simulation and test.It concludes that such booming noise is caused by the exhaust system’s vibration which transfers through‘exhaust system-engine-mount’to the interior.By changing the mode of exhaust system,the SUV interior noise is reduced by 0～5dB,and the booming noise is eliminated.The path and the solution used are proved to be correct and feasible.

SUV,Exhaust system,Vehicle booming noise,Path analysis

SUV 排氣系統 車內轟鳴 路徑分析

U461.4

A

1000-3703（2015）05-0032-03