某型轎車路噪性能優化

劉鵬 孫壽峰 趙敬 金善玉

（中國第一汽車股份有限公司天津技術開發分公司）

汽車的NVH 性能已成為區分汽車品牌好壞與衡量汽車制造質量的重要因素之一。汽車的噪聲源有很多種，在行駛過程中，路面噪聲是車內噪聲主要的噪聲源之一，直接影響了車內人員的駕乘感受。汽車開發中所說的路噪問題一般是指結構傳播噪聲，是指由路面激勵和輪胎結構特性引起的振動經過懸架系統的傳遞，最終作用于車身和車內聲腔產生的噪聲[1]。相對于技術已經成熟的車身NVH 仿真分析工作，在前期設計階段進行精確的路噪仿真分析在技術上非常復雜，難度和成本都極高，所以，后期試驗車測試階段的路噪調校整改工作是汽車NVH 性能開發的重要工作之一。文章介紹了某自主品牌家用轎車的路噪性能整改工作，通過試驗與仿真相結合，較為高效地實現了降低路面噪聲的目的。

1 某車型路噪問題介紹

某小型家用轎車在整車NVH 測試評價時發現，5 擋勻速及3 擋加速工況下，車內噪聲較大，明顯高于標桿車型。主觀感覺車內存在較大的轟鳴聲，后排尤其嚴重，不能接受。通過分析車內振動噪聲的頻譜特性[2]和對比測試在粗糙路面的噪聲，得出車內中低頻振動噪聲主要是由路噪構成。原車及標桿車在勻速60 km/h和80 km/h 行駛工況下車內的噪聲水平，如圖1 所示；3 擋急加速各轉速下的噪聲水平，如圖2 所示。

圖1 勻速工況車內噪聲水平柱狀圖

圖2 3擋急加速工況各轉速下噪聲水平

2 路噪問題排查

2.1 傳遞路徑梳理

路面激勵經過輪胎帶動懸架通過不同路徑傳遞給車身[3]，主要路徑及影響因素，如圖3 所示。

圖3 汽車路噪傳遞路徑示意圖

2.2 輪胎影響驗證

輪胎對整車NVH 性能有極大影響[4]。換裝標桿車的輪胎，考察不同品牌樣式輪胎對車內噪聲的影響，勻速80 km/h 時車內后排噪聲對比曲線，如圖4 所示。

圖4 不同輪胎的整車車內噪聲對比

通過對比測試結果發現，換裝標桿車輪胎后路噪水平沒有明顯改善。說明輪胎不是本車型路噪問題的最主要原因，暫不考慮此整改優化方向。

2.3 懸架路徑排查

CAE 部門將試驗測試獲取的車身側懸架安裝點的加速度作為激勵，計算車內噪聲。此次CAE 分析使用帶內飾的車身模型，在懸架安裝點施加勻速工況的實測載荷，計算后排中部位置的噪聲響應，由于有限元分析適用頻率范圍和計算效率的限制，CAE 分析頻率上限為200 Hz。本車前懸架為麥弗遜懸架，后懸架為扭力梁懸架，懸架安裝點的位置，如圖5 所示。

圖5 懸架安裝點位置示意圖

CAE 分析排查分2 步進行。第1 步將所用懸架安裝點的激勵同時加載到車身，并與測試結果進行對比。如果結果吻合度較好，可用于后續分析，如果吻合度較差，還需進行問題排查。

CAE 分析結果與實測結果對比曲線，如圖6 所示。從圖6 可以看出，二者吻合度較好，進一步驗證了此工況下車內噪聲主要由路噪組成，同時說明CAE 模型相對準確，可用于下一步的驗證及優化分析。

圖6 車內噪聲CAE 與實測結果對比曲線

第2 步將不同安裝點的激勵分別加載，將分析結果與所有點同時加載的結果進行對比，確定貢獻量最大的懸架安裝點。對比曲線，如圖7 所示。從圖7 可以看出，后扭梁安裝點在單獨激勵下，車內噪聲峰值位置與所有點共同加載分析結果吻合度非常高，說明后扭梁安裝點是路噪問題的最主要傳遞路徑。

圖7 底盤全部安裝點加載和后扭梁安裝點單獨加載CAE 對比曲線

2.4 后扭梁傳遞路徑問題排查

將后扭梁傳遞路徑上的關鍵參數與標桿車進行對比，發現有2 個關鍵參數不利于路噪問題的控制。

后扭梁安裝點的動剛度低于標桿車，說明此安裝點傳遞激勵的能力過高[5]。本車型后扭梁安裝支架Y 向平均動剛度水平實測值約在10 000 N/mm，標桿車實測值約在20 000 N/mm。動剛度實測結果，如表1 所示。

表1 汽車后扭梁安裝支架動剛度測試結果對比N/mm

對后扭梁襯套進行動剛度測試，發現原車型動剛度值遠高于標桿車型，不利于底盤系統隔振[6]，后扭梁襯套各向動剛度值，如表2 所示，襯套方向定義，如圖8所示。

表2 汽車后扭梁襯套動剛度測試結果對比N/mm

圖8 汽車后扭梁襯套方向定義示意圖

3 整改優化

3.1 安裝點動剛度優化

CAE 部門制定后扭梁安裝點動剛度的優化方案，要求車身Y 向動剛度達到20 000 N/mm 以上。優化方案包含3 處改動（如圖9 所示）：1）底部加強件的安裝點數量由2 個點改為3 個點；2）新增藍色加強支架，位于車身內側；3）支架內部新增黃色加強板。

圖9 汽車后扭梁安裝點動剛度優化方案示意圖

以上方案均由車身設計工程師確認，滿足工藝要求，可以進行試制裝車。優化后，后扭梁安裝支架左、右側Y 向的動剛度分別為20 953，22 094 N/mm，均達到20 000 N/mm 以上。

3.2 襯套剛度優化

底盤工程師聯系供應商提供低硬度的扭梁襯套，NVH 工程師負責動剛度測試驗證，確保裝車驗證的襯套動剛度達到整改要求。

經測試，低硬度襯套動剛度值大幅降低，可以實現更好的隔振效果。實測結果，如表3所示。

表3 低硬度扭梁襯套動剛度測試結果N/mm

4 方案效果CAE 驗證分析

后扭梁安裝點動剛度和襯套動剛度優化后達到整改要求，但由于試驗車資源和項目節點比較緊張，以及結構件試制裝車成本較高等問題，需要通過CAE 分析，先驗證整改方案在整車上的效果，再確定裝車測試方案。

CAE 驗證分析采用整車模型進行計算，在后輪心位置同時施加X，Y，Z 3 個方向的單位力，計算輪心到駕駛員右耳和后排中部位置的噪聲傳遞函數，分別對比安裝點動剛度提升方案和襯套動剛度降低方案對車內噪聲的優化效果。CAE 分析模型，如圖10 所示。分析結果對比曲線，如圖11 所示。從圖11 可以看出，后扭梁安裝點動剛度提升對車內噪聲的優化效果不大，而襯套剛度降低后，車內噪聲降低明顯，應先對襯套方案進行裝車測試。

圖10 整車CAE 分析模型

圖11 整車噪聲傳遞函數分析結果對比曲線

5 實車效果測試評價

將實測驗證后的低剛度后扭梁襯套更換到試驗車輛上進行客觀數據測試和主觀評價，試驗場地情況，如圖12 所示。

圖12 試驗場長直線跑道

整改后的汽車在5 擋勻速60 km/h 和80 km/h 工況下，車內的噪聲水平對比，如圖13 所示；3 擋急加速各轉速下的噪聲水平對比，如圖14 所示。

圖13 優化后勻速工況車內噪聲對比圖

圖14 優化后3 擋急加速工況車內噪聲對比圖

從圖13 和圖14 可以看出：勻速工況下，車內噪聲明顯改善，駕駛員右耳及后排中部位置均有2 dB 以上的降幅，綜合水平優于標桿車；同時，在3 擋急速工況，車內噪聲水平也有明顯改善。

6 結論

綜上，底盤橡膠襯套的隔振性能對路噪的優化調校非常關鍵。路噪問題是一類非常復雜的整車NVH 問題，在路噪性能開發中需要試驗測試和CAE 仿真分析緊密結合，在保證各子系統性能達標的情況下，重點關注優化關鍵路徑，促進目標達成。