某電動汽車路面激勵噪聲控制研究

馬曉敏 王朝建 陳峰

摘 要：為解決某電動汽車車內路面激勵噪聲在56Hz附近聲壓級過大的問題，基于試驗獲取的數據進行研究。利用傳遞路徑（TPA）法和CAE手段分析出導致56Hz噪聲的主要部件，驗證臨時方案的可行性，進而進行結構優化。CAE驗證結果表明優化方案效果明顯，該方案可用于解決路面激勵導致的NVH問題。

關鍵詞：電動汽車;路噪;CAE;優化

中圖分類號：U467 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）09-39-03

Study on Pavement Excitation Noise Control of?the?Electric Vehicle

Ma?Xiaomin¹， Wang?Chaojian^2*， Chen Feng³

（ 1.Urumqi Sanhe Hengxin Engineering Technology?Co.， Ltd. Xinjiang?Urumqi 830026;2.Hunan Zhidian?I_NEV?Co.， Ltd.， Hunan Zhuzhou?412007;?3.Zhejiang Geely Holding Group Co.，?Ltd.， Zhejiang Hangzhou 311228?）

Abstract：?In?order to solve the problem that the sound pressure level of the pavement excitation noise of the electric vehicle is too high near 56Hz， research is performed based on test?data. Using TPA and CAE to analyze the main component that cause noise near 56 Hz， through verifying feasibility of the temporary scheme， then optimize the structure. The CAE verification results show that the optimized scheme is effective， and the scheme can be used to solve the NVH problem that caused?by pavement excitation.

Keywords：?Electric?vehicle; Road?noise;?CAE; Optimize

CLC NO.：?U467 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）09-39-03

前言

路面激勵噪聲是消費者最為關注的產品性能之一^[1]。由于電動汽車中沒有發動機的激勵，這時路面激勵噪聲顯得更為明顯，直接影響到車內駕乘人員的舒適性。因此，控制路面激勵噪聲具有重要的工程意義^[2]。文章對某開發中車型存在的56Hz路面激勵噪聲進行研究，從傳遞路徑和響應上對噪聲產生的原因進行分析，在臨時方案驗證可行的基礎上，提出優化方案，通過CAE分析，驗證該方案有效。

1?路面激勵噪聲產生機理及控制方法研究

1.1 產生機理

路面激勵噪聲主要是由于車輛在粗糙路面上行駛時，輪胎與路面的相互作用產生振動通過懸架系統傳遞至車身，通過車身板件輻射及乘員艙聲腔的耦合產生的結構噪聲，最終傳遞至人耳。

根據車內噪聲傳播的方式不同，路面激勵噪聲一般可分為結構傳遞噪聲和空氣傳遞噪聲。車輛在粗糙路上行駛時，輪胎受到粗糙路面的激勵，由底盤和車身傳遞到車內的噪聲稱為結構傳遞噪聲，通常頻率區間為20～400Hz。輪胎與路面產生的摩擦聲通過空氣直接傳遞至車內，稱為空氣傳遞噪聲，通常頻率大于600Hz。

1.2 控制方法

基于路面激勵噪聲的發生機理，可以從激勵源、傳遞路徑及響應三個方面進行控制^[2]。

（1）路面激勵作用于輪胎產生的振動，主要通過輪胎的傳遞特性進行控制。

（2）優化懸架的隔振性能、懸架結構及襯套參數，減小懸架到車身安裝點的振動傳遞。

（3）車身響應控制，包括懸架安裝點剛度及到車內的振動傳遞函數（VTF）和噪聲傳遞函數（NTF）控制，車身整體、局部模態的解耦等。

上述路面激勵噪聲的控制方法中，輪胎和懸架參數的優化可能會與平順性及操穩產生沖突，優化過程中需綜合權衡車輛各方面性能。本文將從車身局部模態的解耦進行相應優化。

2?路面激勵噪聲控制研究

某項目車型在樣車階段，主觀評價車內低頻噪聲嚴重且有明顯壓耳感，嚴重影響車內乘坐舒適性。利用LMS Test.Lab測試設備對車內噪聲進行數據采集，通過對不同頻率下的噪聲峰值進行分析，根據分析鎖定的問題原因進行相應的結構優化，降低該車型路面激勵噪聲，提升整車NVH性能。

2.1 車內噪聲問題分析

圖1為該車型和標桿車在粗糙瀝青路面上以勻速40km/h行駛時，后排右側乘客右耳處測試得到的聲壓級曲線。

測試結果表明，樣車后排在低頻段噪聲聲壓級值相對標桿車較大，尤其是在56Hz處噪聲存在較大的峰值;通過聲品質診斷發現，56Hz噪聲峰值對后排壓耳感占主要貢獻。

2.2?路面激勵噪聲源分析

從噪聲傳遞路徑分析，輪胎的振動通過懸架、后橋、副車架等傳遞至車身，通過板件輻射及乘員艙聲腔的耦合產生結構噪聲，最終傳遞至人耳。通過TPA方法對樣車在粗糙瀝青路面上以勻速40km/h行駛時車內產生的56Hz噪聲進行排查，最終鎖定頂棚前橫梁對56Hz噪聲影響最大。圖2為通過測試得到的頂棚前橫梁-后排右側乘客右耳位置噪聲傳遞函數曲線。

圖3為通過測試得到的頂棚前橫梁頻響函數（FRF）曲線。

圖4為通過測試得到的糙瀝青路面勻速40km/h頂棚前橫梁Z向振動曲線。

對樣車車身局部模態進行測試分析，從測試結果看，頂棚前橫梁模態為56Hz與車內噪聲頻率接近，同時激勵頂棚前橫梁，測試結果表明車內后排NTF在56Hz存在較為明顯的噪聲峰值;另，從頂棚前橫梁振動來看，前橫梁56Hz處振動較大。由此可說明產生56Hz噪聲的原因為頂棚前橫梁56Hz模態與車內聲腔模態耦合。

2.3?路面激勵噪聲優化

板件的振動控制在路面激勵噪聲控制中起到至關重要的作用。

2.3.1?臨時方案試驗驗證

通過在頂棚前橫梁增加1.5kg質量塊，降低前橫梁模態頻率提升阻抗能力，臨時驗證方案如圖5所示。

對臨時方案進行驗證，測試結果如圖6和圖7所示。從整車驗證結果來看，頂棚前橫梁增加質量塊后后排右側乘客右耳位置56Hz噪聲峰值降低5dB（A）左右;?頂棚56Hz處振動峰值降低明顯。從主觀評價來看，頂棚前橫梁增加質量塊后車內后排噪聲壓耳感改善明顯。

2.3.2?優化方案

結合TPA分析結果和臨時方案驗證結果，對頂棚前橫梁結構與聲腔耦合產生的噪聲，優化方法有兩種：（1）優化橫梁;（2）通過加強結構減小橫梁的振動，從而降低車內噪聲。

綜合考慮項目成本及周期，采用更改橫梁結構和加強橫梁來降低車內56Hz噪聲峰值。頂棚前橫梁優化方案如圖8所示。方案1把前橫梁深度向-Z向拉深15mm，增重0.2Kg;方案2對中間橫梁截面進行優化，并增加兩邊搭接件與中間橫梁之間的焊點連接，兩邊搭接件與A柱增加焊縫連接。

2.3.3?優化方案CAE驗證

通過對原方案的頂棚前橫梁和優化后頂棚前橫梁結構進行振動傳遞函數分析，其中對左前減震器接附點、副車架接附點、后橋接附點的X、Y、Z方向進行激勵，得到前橫梁處的振動位移，如圖9和圖10，圖中所示為Z向激勵結果。

從分析結果可知，優化后的頂棚前橫梁56Hz處的振動峰值較原方案有明顯降低。CAE驗證結果表明優化后的方案效果明顯。后續將制作快速成型樣件進行實車驗證。

3 結論

針對某車型在粗糙路面上行駛時產生的低頻噪聲，通過對噪聲產生的機理及傳遞路徑進行分析，對56Hz噪聲的峰值進行優化，通過優化頂棚前橫梁結構改善56Hz左右峰值，通過對優化后的方案進行分析，輪胎激勵至頂棚前橫梁的振動峰值較原方案明顯降低，后續將對該優化方案進行實車驗證。

參考文獻

[1]?楊國富，呼華斌等.NVHD環境下Spindle Load的某車型路噪性能分析及優化.Altair?2015技術大會論文集.

[2]?賈小利，張軍等.路面激勵下車內噪聲改善方法[J].汽車電器.2018， 7：30-33.