基于聲腔隔斷的某車型后排轟鳴聲改善研究

孫召杰，馬玉婷，趙晶寶，安孝文，周 濤 Sun Zhaojie，Ma Yuting，Zhao Jingbao，An Xiaowen，Zhou Tao

基于聲腔隔斷的某車型后排轟鳴聲改善研究

孫召杰，馬玉婷，趙晶寶，安孝文，周 濤 Sun Zhaojie，Ma Yuting，Zhao Jingbao，An Xiaowen，Zhou Tao

（中國第一汽車股份有限公司研發總院 汽車振動噪聲與安全控制綜合技術國家重點實驗室 ，吉林 長春 130013）

某車型在加速工況、車速90～110 km/h、發動機轉速1 600～1 900 r/min范圍內，存在60 Hz左右的后排低頻轟鳴聲問題。通過模態分析、面板貢獻量分析及NTF[2] （Noise Transfer Function，噪聲傳遞函數）分析等仿真分析及試驗手段，從傳遞路徑方面，提出車身后輪罩處聲腔填充隔斷材料方案，有效地降低了車內后排轟鳴聲。

轟鳴聲；模態分析；NTF；聲腔隔斷

0 引 言

乘用車白車身大多由鋼板沖壓焊接而成，具有自身結構的整體模態和局部模態。車內空腔作為彈性體具有多階空腔模態，在低頻范圍內與車身鈑金結構振動耦合，產生耦合模態。這種低頻耦合模態在激勵作用下，在車內產生很高的壓力脈動，引起不適感，這種現象稱為轟鳴聲[1-3]。

通過模態分析、面板貢獻量分析及NTF[3] （Noise Transfer Function，噪聲傳遞函數）分析等仿真分析及試驗手段，從傳遞路徑方面，提出車身后輪罩處聲腔填充隔斷材料方案，有效地降低了車內后排轟鳴聲。

1 后排轟鳴聲現象

發動機在某些特定轉速工況下，車內產生轟鳴聲，轟鳴聲是一種在窄頻段內相對較高能量的噪聲，會給駕駛員和乘客帶來不舒適感，甚至頭暈惡心。目前市場上用戶對汽車的NVH（Noise，Vibration，Harshness，噪聲、振動與聲振粗糙度）水平要求越來越嚴苛，因此車內轟鳴聲的控制顯得格外重要[1，4]。

某車型加速行駛時，后排乘員感受到強烈壓耳的轟鳴聲。通過客觀測量，在6擋加速工況下，車速90～110 km/h、發動機轉速1600～1900 r/min范圍內，車內存在60Hz左右的低頻轟鳴問題，如圖1所示，亟待解決。

圖1 某車型6擋加速工況車內后排2階噪聲測試結果[4]

2 后排轟鳴聲傳遞路徑分析

解決NVH問題主要從激勵源、傳遞路徑、響應等3個方面進行。激勵源主要是發動機激勵和路面激勵；傳遞路徑主要是懸置系統、進排氣系統、傳動系統、車身結構等[5]；響應主要表現為車身鈑金與聲腔耦合作用，在人耳處產生聲壓，如圖2所示。

圖2 后排轟鳴聲傳遞路徑分析

在進行車身結構設計時，車身的立柱、輪轂包及側圍等區域會形成很多相互連續的空腔結構，即旁路空腔[6]。這些空腔不僅影響整車氣密性、空氣聲傳播及結構聲傳播，而且影響與車身鈑金之間的耦合關系；因此，對車身空腔進行隔斷不僅能提升氣密性水平，還能抑制噪聲傳遞，提高整車 NVH 水平[7]。在量產車型的NVH問題解決過程中，受限于成本及時間因素，可通過附加措施找到快速優化途徑，主要研究后側圍附近空腔結構優化。

2.1 模態分析

振動模態是彈性結構固有的特性，通過模態分析可了解車身結構在特定頻率的振動特性。對某車型進行仿真和試驗分析，后側圍外板和后輪罩外板區域都存在60Hz附近的結構模態和聲腔模態，如圖3所示。

圖3 后輪罩外板局部模態60.5 Hz（全飾車身CAE）

2.2 面板貢獻量分析

當外界激勵通過車身結構對車內噪聲產生影響時，車身面板（前圍板、地板、頂蓋、側圍板、車門板、行李廂板等結構）的動態特性和空腔聲學特性都會影響車內噪聲[6]。面板振動會引起附近空氣的運動，面板的體積速度施加到聲腔上，在人耳處形成聲壓。

建立某車型全飾車身模型及25個面板模型，如圖4所示。經試驗分析，某車型后排轟鳴聲的主要激勵來源于排氣系統和傳動系統；因此主要分析后排氣吊鉤連接點和后副車架連接點激勵作用下25個面板到車內右后外耳的聲學貢獻量。后排氣吊鉤連接點激勵下，在60Hz附近后備廂蓋后部以及左、右后輪罩區域對車內后排乘客外耳噪聲貢獻量較大，如圖5所示。后副車架連接點激勵下，在60Hz附近頂蓋后部以及左、右后輪罩區域對車內后排乘客外耳噪聲貢獻量較大，如圖6所示。

圖4 面板模型（25個）[6]

圖5 全飾車身后排氣吊鉤連接點激勵下60 Hz處面板對車內右后外耳聲學貢獻量[C7]

圖6 全飾車身后副車架連接點激勵下60 Hz處面板對車內右后外耳聲學貢獻量

由以上分析初步判定：在60 Hz附近后輪罩區域局部模態與聲腔模態耦合是車內轟鳴聲的原因之一。

后輪罩外板受限于焊序、夾具設計工藝及成本周期等因素，更改性價比低。在后輪罩區域空腔應用聲腔隔斷措施，更具有工程可行性。

3 聲腔隔斷措施驗證

3.1 聲腔隔斷措施

吸聲材料的吸聲作用是乘用車重要的降噪措施。吸聲材料一般具有立體網狀連續多孔結構，能有效降低聲音在材料內部的傳播能量。吸音棉作為聲學包常用材料之一，能有效填充后輪罩區域的空腔，也起到了隔振和吸聲的作用[8]。

3.2 優化措施仿真分析

模擬后輪罩區域填充聲腔隔斷，如圖7所示，分別進行NTF分析和面板貢獻量分析，用來確認最佳實施方案。優化后各激勵點到右后外耳的NTF、左側C柱及后側圍附近結構到右后外耳的貢獻量在60Hz附近都有所降低，如圖8、圖9所示。外界激勵不變的情況下，聲腔局部修改相當于優化了聲傳遞函數，人耳處的聲壓產生變化。

圖7 全飾車身后輪罩區域優化前、后對比

圖8 后排氣吊鉤右外固定點Z向NTF曲線[C8]

圖9 左后側圍附近結構到右后外耳的貢獻量[C9]

3.3 聲腔隔斷方案試驗驗證

某車型后輪罩區域空腔內填充隔斷材料后如圖10所示，在6擋加速（80 km/h加速到140 km/h）工況下，分析1 800 r/min附近后排2階噪聲變化，如圖11所示，通過試驗驗證后輪罩空腔最佳優化方案。

圖10 某車型后輪罩區域填充隔斷材料方案

圖11 填充隔斷方案右后外耳處2階噪聲結果[C10]

根據后輪罩區域空腔大小以及成本周期，從常用的汽車聲學包材料中選用面密度為2400g/m2的PET[C11] （Polyethylene Terephthalate，聚對苯二甲酸乙二醇酯）吸音棉（圖12）。PET吸音棉成型好重量輕，可有效填充后輪罩外板和后側圍之間的空腔區域，且行李廂側護面安裝后能有效固定其位置。

通過整車試驗驗證最終方案，6擋加速（90km/h加速到100km/h）工況下，在1800 r/min附近后排2階噪聲下降1.1dB（A），車內后排轟鳴聲有效降低。

圖12 某車型后輪罩區域填充材料最終方案

4 結 論

解決NVH問題主要從激勵源、傳遞路徑、響應等3個方面進行。主要從傳遞路徑方面選取最佳的性能提升方案，提出在后輪罩區域填充隔斷材料方案，優化聲振傳遞路徑，有效降低某車型后排轟鳴聲。

（1）車身空腔不僅影響整車氣密性、空氣聲傳播及結構聲傳播，而且影響與車身鈑金之間的耦合關系。對車身空腔結構進行隔斷不僅能提升氣密性水平，還能抑制噪聲傳遞，提高整車NVH水平。

（2）某車型在60 Hz附近，后輪罩區域局部模態與聲腔模態耦合是車內轟鳴聲的原因之一。后輪罩區域添加隔斷材料后，在1 800 r/min附近后排2階噪聲下降1.1 dB（A），車內后排轟鳴聲有效降低。

（3）選擇吸聲材料優化聲腔結構，達到了平衡整車NVH性能、成本和輕量化的要求。

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[2]李玉潔，王小龍，潘威. 基于CAE分析的某SUV車內轟鳴聲控制研究[J]. 汽車實用技術，2016（8）：78-80.

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[4]趙靜，周鋐，梁映珍. 轎車乘坐室轟鳴聲的分析與控制研究[J]. 汽車技術，2009（10）：16-20.

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[7]李政銳，黃超勇，謝明睿，等. 基于氣密性提升及成本控制的車身空腔隔斷應用[J]. 研究與開發，2016（9）：23-28.

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U461.4

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2020.01.003

1002-4581（2020）01-0010-04