車內(nèi)低頻路噪問題的分析與控制

2019-06-25 11:35:52趙偉豐王文彬周浩東

噪聲與振動控制 2019年3期

關(guān)鍵詞：模態(tài)

趙偉豐，王文彬，周浩東

（1.長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北保定071000；2.河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北保定071000）

主題詞：聲學；路噪；低頻噪聲；時域傳遞路徑分析；模態(tài)分析

隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展及其在大眾生活中的普及，作為重要品質(zhì)感的NVH性能越來越受到消費者和汽車制造廠商的重視，近幾年來NVH控制技術(shù)在國內(nèi)汽車廠家得到了較快的發(fā)展，車內(nèi)整體噪聲水平有了明顯降低[1]。但隨之出現(xiàn)的問題是路噪、風噪更加凸顯，尤其是路面激勵產(chǎn)生的低頻噪聲，長時間作用會使人產(chǎn)生疲勞和煩躁，對車內(nèi)駕乘舒適性有較大影響，路噪問題的分析和控制，成為一個日益重要的課題[2-3]。本文以一款車型為例，對傳遞路徑和車身響應(yīng)進行了分析，識別出主要影響因素并進行了優(yōu)化，最終達到理想的改善效果。

1 問題描述

某車型在主觀評價時發(fā)現(xiàn)，中低車速粗糙路面上行駛時，車內(nèi)有明顯的隆隆聲。通過對不同路面對比評價，發(fā)現(xiàn)粗糙路面上該問題較為嚴重，而在光滑路面上，問題會明顯減弱；另外在不同檔位分別評價，無論加速或減速，帶檔滑行與空檔滑行，車內(nèi)的“隆隆”聲變化很小。從以上評價可以總結(jié)出，此問題與動力系統(tǒng)相關(guān)性較小，主要與路面激勵有關(guān)，可以初步判定為路噪問題。

為了更進一步對問題進行明確，需進行客觀測試。試驗路面選取試驗場內(nèi)的粗糙路，參考GB/T18697-2002 標準在車內(nèi)駕駛員耳旁位置布置麥克風，如圖1所示[4]。

連接LMS 噪聲采集設(shè)備，在50 km/h 車速下進行測試，然后進行頻譜分析，由于此問題聲音頻率較低，因此頻譜數(shù)據(jù)主要查看200 Hz 以下頻率范圍，結(jié)果如圖2所示。

從頻譜圖可以看出，在70 Hz、90 Hz、165 Hz 和200 Hz左右頻率處，均存在噪聲峰值，直接從圖上很難判斷主觀聽到的問題聲音由哪個峰值引起，需結(jié)合Test.Lab軟件中的濾波功能進行分析。分別濾掉上述4個頻率段回放，與原聲音樣本進行對比，發(fā)現(xiàn)濾掉90 Hz 頻段后聽到的聲音中隆隆聲明顯減小，清晰度改善明顯，而濾掉其它頻段變化不大，可以確定此問題主要由90 Hz處噪聲峰值引起。

圖1 麥克風布置位置

圖2 路噪頻譜圖

2 問題發(fā)生機理

對于車輛由于路面激勵產(chǎn)生的噪聲，按問題發(fā)生的頻率（如圖3）和人的主觀感受主要分為以下4種。

圖3 路面噪聲問題分類示意圖

①頻率范圍在30 Hz～50 Hz左右的“鼓噪”聲，主觀表現(xiàn)為對人耳的壓迫感，嚴重時可以導致耳朵疼痛。

②頻率范圍在80 Hz～140 Hz 左右的“路噪”聲，主觀表現(xiàn)為“隆隆”聲。

③頻率為200 Hz 左右的輪胎空腔噪聲，主觀感受聲音頻率比“路噪”聲略高，通常為類似金屬敲擊的嗡嗡聲。

④頻率為400 Hz 以上的輪胎花紋噪聲，通常表現(xiàn)為“沙沙”的聲音，且聲音的頻率隨著車速的不同而變化。

路面噪聲問題依據(jù)發(fā)生機理的不同，一般分為結(jié)構(gòu)傳遞噪聲和空氣傳遞噪聲，通常對于①、②和③類問題，主要由結(jié)構(gòu)傳遞產(chǎn)生，而對于④類問題，主要由空氣傳遞產(chǎn)生，傳遞路徑示意圖如圖4所示。

圖4 傳遞路徑示意圖

本文發(fā)生的問題對應(yīng)于第②種噪聲，由結(jié)構(gòu)傳遞引起，激勵源為路面，當車輪在粗糙路面上行駛時，凹凸不平的路面結(jié)構(gòu)給輪胎一個隨機的振動激勵，振動從輪胎胎面?zhèn)鬟f到軸頭，再從軸頭分別通過懸架、副車架等部件傳遞到車身，最終激勵起車身上的板件模態(tài)而產(chǎn)生轟鳴聲[5-7]。

3 原因分析

3.1 傳遞路徑模型建立

傳遞路徑分析（Transfer Path Analysis，簡稱TPA）是一種基于試驗的振動噪聲分析方法，一般將整個系統(tǒng)劃分為幾個較為獨立的子結(jié)構(gòu)，每個子結(jié)構(gòu)都以傳遞函數(shù)來表征其結(jié)構(gòu)特性[8]。傳遞路徑分析的核心思想是將機械系統(tǒng)簡化為“激勵源-傳遞路徑-響應(yīng)點”的分析模型[9]，如圖5所示。

圖5 遞路徑數(shù)學模型

根據(jù)路噪產(chǎn)生機理，引起主駕右耳路噪大的激勵源為路面，由于路面激勵難以直接獲取，本文假設(shè)軸頭為激勵源，響應(yīng)點為主駕右耳，結(jié)合實車結(jié)構(gòu)，對該車型開展時域傳遞路徑分析,共識別路噪傳遞路徑16條，具體如表1所示。

根據(jù)表1中路噪傳遞路徑，在HEAD Prognoise中建立全程時域傳遞路徑分析模型如圖6所示。

表1 路噪傳遞路徑

圖6 全程時域傳遞路徑分析模型

3.2 試驗參數(shù)獲取

為獲取各車身安裝點的加速度阻抗和車身聲學靈敏度，將車輛放置于隔離振源的半消聲試驗室，在軸頭、懸架、副車架、縱臂車身安裝點分別布置加速度傳感器，軸頭和縱臂傳感器布點見圖7、圖8所示。

主駕右耳布置麥克風，用力錘依次激勵各車身安裝點，試驗采集系統(tǒng)為HEAD，采樣頻率設(shè)置為4 000 Hz，每次敲擊采集時間為2 s，每組數(shù)據(jù)敲擊10次。在Artemis 中導入處理測試數(shù)據(jù)，調(diào)用Transfer Function函數(shù)計算各車身安裝點的加速度阻抗和車身聲學靈敏度。

圖7 軸頭布點

圖8 縱臂布點

在粗糙路面50 km/h工況下，測量軸頭和各車身安裝點振動。試驗采集系統(tǒng)為HEAD，采樣頻率設(shè)置為4 000 Hz，采集時間為10 s，在Artemis中導入處理測試數(shù)據(jù)，調(diào)用Transfer Function函數(shù)計算隔振元件傳遞率。

3.3 路徑貢獻量分析

將加速度阻抗、車身聲學靈敏度、隔振元件傳遞率導入分析模型，并進行擬合計算，對比實測數(shù)據(jù)與擬合結(jié)果，所關(guān)注頻率（90 Hz附近）擬合結(jié)果一致性較好，見圖9所示。

圖9 主駕右耳噪聲實測數(shù)據(jù)與擬合結(jié)果

對比各路徑90 Hz附近擬合結(jié)果，路徑“左后軸頭→左縱臂車身安裝點→車內(nèi)”和“右后軸頭→右縱臂車身安裝點→車內(nèi)”擬合結(jié)果較其它路徑偏大，為主要貢獻路徑，各路徑擬合結(jié)果如圖10所示。

在整車坐標系下將兩條主要貢獻路徑的貢獻分別分解到X、Y和Z3 個方向[10]，通過對比分析，Z向貢獻大是導致這兩條路徑貢獻大的主要原因，見圖11所示。

圖10 各路徑貢獻

在HEAD Prognoise中對兩條主要貢獻路徑Z向的隔振元件傳遞率、車身聲學靈敏度進行優(yōu)化分析，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化隔振元件傳遞率和車身聲學靈敏度可明顯降低兩條傳遞路徑Z向貢獻量，如圖12所示。

3.4 車身排查

為進一步排查車身貢獻點，測試整車板件模態(tài)，將車輛放置于隔離振源的試驗室，低頻體積聲源置于車內(nèi)，見圖13所示。

圖12 優(yōu)化前、后擬合結(jié)果

在車身頂棚、車門、側(cè)圍、后背門、地板各板件處分別布置加速度傳感器，用聲音激勵采集車身板件振動，試驗采集系統(tǒng)為LMS Test.Lab，分析帶寬為200 Hz，頻率分辨率為0.39，試驗結(jié)果取30次平均測試整車板件模態(tài)，數(shù)據(jù)顯示86.6 Hz側(cè)圍部位呈現(xiàn)呼吸模態(tài)，見圖14所示。

綜合以上傳遞路徑分析和車身模態(tài)分析結(jié)果，此車型路噪問題，是由于路面激勵通過后縱臂傳遞到車身側(cè)圍板件，引起車身側(cè)圍振動共振，壓迫車內(nèi)聲腔產(chǎn)生。