SUV后背門振動對車內噪聲影響的研究

宋福強 羅培智

（中國第一汽車股份有限公司技術中心，汽車振動噪聲與安全控制綜合技術國家重點實驗室，長春 130011）

SUV后背門振動對車內噪聲影響的研究

宋福強 羅培智

（中國第一汽車股份有限公司技術中心，汽車振動噪聲與安全控制綜合技術國家重點實驗室，長春 130011）

為解決某SUV車型勻速行駛工況下車內低頻噪聲問題，對其進行試驗分析，結果顯示，在20 Hz附近出現異常峰值。通過對車身可疑結構進行逐一排查，利用階次跟蹤和ODS方法分析表明，引起車內低頻噪聲的主要原因為后背門低頻共振。通過提高緩沖限位器支撐剛度降低了20 Hz頻率成分峰值，提升了車內聲音品質。

1 前言

車內噪聲水平是體現汽車乘坐舒適性的重要指標之一，各大汽車廠商均將車內噪聲的控制作為重要的研究方向。車內噪聲按照傳播形式可分為結構噪聲和空氣噪聲。結構噪聲主要由輪胎或車輪不平衡的動態力、路面激勵、發動機振動、發動機和傳動系統旋轉部件不平衡以及其他部件的相對運動產生的動態作用力直接或間接傳遞到車身，引起車身振動，并通過結構輻射到車內引起。空氣噪聲主要由輪胎-路面噪聲和發動機噪聲通過車身透射到車內引起[1]。

本文以某SUV開發中的具體問題為基礎，分析了SUV車型后背門結構振動對車內低頻噪聲的影響，提出了分析和解決該類NVH問題的思路和方法。

2 車內異常噪聲分析

在某SUV車型產品開發階段，試驗車輛主觀評價過程中發現勻速行駛工況車內存在低頻轟鳴噪聲，主觀評價結果小于6分，處于無法接受水平，嚴重影響車內聲音品質。針對此問題，對其進行道路試驗客觀測量，數據分析結果顯示，在5擋勻速行駛工況下，車速范圍50～120 km/h，車內噪聲1/3倍頻程頻譜中心頻率20～25 Hz附近均出現異常噪聲峰值（見圖1）。利用FFT和階次跟蹤分析方法[2～3]對其5擋加速行駛工況數據進行分析，得到車內噪聲跟蹤發動機轉速變化的color map頻譜如圖2所示，20 Hz附近有明顯的共振特征，共振頻率范圍18～25 Hz，由于頻率較低，應屬于結構共振噪聲問題。

圖2 5擋加速行駛車內噪聲color map頻譜

3 車身關鍵點振動試驗與分析

3.1 振動試驗測量方法

通過車身結構分析，找出可能引起結構噪聲的部位進行振動測量。分別在車身頂蓋、行李箱地板、備胎池、后背門等關鍵位置布置三向加速度振動傳感器，試驗工況采用5擋勻速和5擋加速行駛工況，采集車輛行駛過程中各測量點的振動情況。

3.2 振動結果分析

應用FFt和階次跟蹤分析方法，處理分析各振動測量點的時域數據，對比分析數據結果，發現后背門振動頻譜在頻率20 Hz附近存在明顯的共振帶，如圖3所示，共振范圍也是18～25 Hz，與車內噪聲的共振特征相吻合。由于共振頻率較低，根據經驗可知，應為后背門剛體振動，為進一步確認后背門在車輛行駛狀態下的剛體頻率及其工作振型，對后背門結構進行整車道路工作變形（Operational Deflection Shape，ODS）試驗。

圖3 5擋加速行駛車身關鍵點振動color map頻譜

4 后背門ODS試驗分析

4.1 振動ODS方法的基本原理

ODS是被測試件在某特定頻率、特定轉速或特定時間的實際工作變形，描述被測試件在實際工作激勵下的受迫振動變形。

假設某一具有彈簧-阻尼-質量的振動系統（或結構）受到來自外力的作用，其運動規律滿足：

設系統的初始位移為零，將式（1）作拉氏變換得：

式中，M、C、K、F（s）分別為s域的質量、阻尼、剛度和力。

則頻率響應函數FRF矩陣為：

或

式（4）即為傳遞函數的留數展式，描述結構的固有特性。式中，分母為結構第r階模態的動態參數，分子為對應結構第r階模態的留數矩陣，它表示結構第r階模態的變化規律[4～5]。

式（5）反映的是結構在f（t）作用下的振動頻率響應，而通常工程結構上的動態載荷往往未知或很難測量，為此，在算法上采用結構上某一響應點（稱為參考點）的信號來代替式（5）中的F（ω），即將結構上其它點的響應與參考點的響應作比值來代替名義上的傳遞函數值，得到的值稱為ODS值或復傳遞函數，算法稱為復傳遞率算法，即

式中，Tij（ω）為ODS值，也稱ODS FRF值；xi為結構上某個測量點的響應，也稱ODS絕對值；xj為結構上某一固定測量點（或稱參考點）的響應，也稱ODS參考值。

式（6）為ODS值的測量方法，由于振動ODS分析與模態分析的算法基本相同，因此可用復傳遞函數矩陣代替式（5）中的傳遞函數矩陣來計算分析ODS的測量數據。計算時，每一測量點的復傳遞率都要以結構上同一振動響應為參考，因此，結構上各點的相對位置即可確定，由此可獲得結構在工作條件下的振型[6]。

在利用ODS方法進行結構動態分析時，為了獲得每一點的復傳遞率，需同時采集該測點與參考點的振動信號，因此，參考點的選擇至關重要。通常將參考點選擇在結構的振動敏感區內，同時，為了保證測量精度，要求各測點與參考點之間在分析頻率處具有良好的相干性，其他測點可根據需要選擇在結構感興趣的部位上[7]。

4.2 ODS方法應用與結果分析

根據ODS試驗方法，在后背門關鍵點位置布置三向加速度振動傳感器如圖4所示，其中包括后背門固定鉸鏈位置（hbm:1和hbm:4）、中部緩沖塊位置（hbm:2和hbm:5）和楔形緩沖限位器位置（hbm:3和hbm:6）。采用5擋勻速行駛工況，應用LMS Test.Lab軟件中的ODS模塊進行數據采集和分析[8]，通過對后背門ODS振型的分析，發現頻率為18.806 5 Hz和24.612 6 Hz時，分別有后背門前后平動和繞后背門鎖鉤的轉動2個振型，如圖5所示。由于頻率較低，當路面低頻成分通過懸架激勵車身時，后背門極易激勵起結構共振，產生車內低頻轟鳴現象。

圖4 后背門ODS測點

圖5 后背門ODS試驗結果

5 結構改進措施與結果驗證

5.1 結構改進措施

根據以上ODS試驗數據分析結果，并結合車身和后背門結構，可知產生車內20 Hz共振噪聲的原因是后背門下部楔形緩沖限位器結構支撐剛度不足，如圖6所示，在后背門關閉狀態下，無法對后背門起到很好的約束作用，導致外部低頻激勵下后背門與車身發生相對變形，并與其ODS工作頻率耦合，從而引起后背門共振。

將車身側楔形緩沖限位器固定底座加厚，使后背門關閉狀態下緩沖限位結構更緊密地壓合，從而間接提高了緩沖限位器結構支撐剛度，后背門的ODS工作頻率也隨之提高，可有效避免后背門發生低頻結構共振，從而解決了車內低頻20 Hz共振噪聲問題。

圖6 后背門楔形緩沖限位器結構

5.2 改進方案試驗結果對比分析

對比分析后背門緩沖限位器結構改進前、后對車內噪聲的影響，在5擋加速行駛工況下，車內前排、后排噪聲color map頻譜20 Hz附近共振噪聲帶消失，如圖7所示，5擋勻速行駛工況下，車速范圍50～120 km/h，車內前排、后排噪聲1/3倍頻程頻譜中心頻率20～25 Hz頻率成分明顯降低，如圖8所示。結合主觀評價，在車輛行駛中，車內低頻轟鳴噪聲得到明顯改善，已到達可接受水平。

圖7 改進后5擋加速行駛車內噪聲color map頻譜

圖8 改進前、后5擋勻速行駛車內噪聲1/3倍頻程頻譜

6 結束語

本文針對車內低頻轟鳴噪聲問題進行了分析研究，利用ODS試驗分析方法明確了問題根源，通過改變后背門限位緩沖器支撐剛度，改變了后背門工作變形頻率，有效降低車內低頻成分幅值，從而改善了車內聲音品質，為SUV產品后背門的結構設計提供了參考。

1 龐劍，諶剛，何華.汽車噪聲與振動：理論與應用.北京：北京理工大學出版社，2006.

2 張守元，李鶴，張義民.階次跟蹤技術及其在汽車NVH中的應用.輕型汽車技術，2009（4）：14～17.

3 俞明，柳文斌，吳慶宏.汽車振動噪聲測試的階次跟蹤方法.機床與液壓，2003（6）：277～278.

4 曹樹謙，張文德，蕭龍翔.振動結構模態分析：理論、實驗與應用.天津：天津大學出版社，2001.

5 張義民，李鶴.機械振動學基礎.北京：高等教育出版社，2010.

6 鄭偉娟，李元寶.應用振動ODS方法分析汽車動力總成振動.汽車技術，2007（9）：31～33.

7 陳海松，董久莉.ODS方法在車身結構動態分析中的應用.汽車技術，1996（10）：6～8.

8 劉馥清.LMS測試與分析系統理論基礎.北京：比利時LMS公司，2000.

（責任編輯 斛 畔）

修改稿收到日期為2016年12月1日。

Research on the Influence of Liftgate Vibration of SUV on Interior Noise

Song Fuqiang,Luo Peizhi
（State Key Laboratory of Automotive Vibration,Noise and Safety Control Technology,China FAW Corporation Limited R&D Center,Changchun 130011）

In the development of a SUV,there was low-frequency booming noise at constant speed.To remove this defect,test analysis was made.The results show that there is an abnormal interior noise peak around 20 Hz.Through checking the suspicious body structures one by one,utilizing order tracking and ODS analysis method,it is confirmed that the low-frequency noise is caused by liftgate low-frequency resonance.By increasing the buffer support stiffness,20 Hz frequency component peak value is reduced,and interior sound quality is improved.

Liftgate,Interior noise,Order tracking analysis,ODS method

后背門 車內噪聲 階次分析 ODS方法

U463.8；TB535+.1

A

1000-3703（2017）06-0035-05