基于LMS Tes.Lab某車NVH實驗分析與改進

張旭

(山東理工職業學院,山東濟寧 272100)

0 引言

車內噪聲的存在，影響乘員對車內舒適性的感受，同時，長期置于一定的車內噪聲中，對乘員的聽力造成損害[1]。隨著人們對汽車車內環境舒適性的要求不斷提高，對車內噪聲的控制要求也不斷提高。這就要求在整車設計開發過程中，充分考慮車內舒適性并采取有效的控制措施，使車內的噪聲水平滿足舒適性要求。

進氣系統作為主要噪聲源之一，其必然也成為NVH(Noise、Vibration、Harshness)的重要研究控制對象。進氣系統除了因氣體流動引起的進氣噪聲，還有因進氣系統與車身連接處的連接點動剛度不足引起的結構噪聲。動剛度是在動載荷作用下抵抗變形的能力，動剛度不足會對整車乘坐舒適性和車身結構件的疲勞壽命產生十分不利的影響。動剛度對乘坐舒適性的影響,主要表現在NVH性能上[2-3]。本文作者針對車內噪聲水平較差，對進氣系統中空濾安裝點動剛度進行加強，使得車內噪聲水平改善。

1 測試方案與數據分析

對于汽車NVH性能來講，3擋全油門(以下稱3G WOT)是經常要考察的工況之一，在開發一部新車和評價其參考車的車內噪聲時，WOT能快速檢驗和比較出汽車的噪聲水平[4]。因此，文中是基于3G WOT工況進行排查驗證。

試驗設備：LMS的32通道數據采集系統SCMD5用來采集試驗數據；LMS Test.Lab的Signature Testing-Advanced用于在線采集數據并對數據進行分析和處理；PCB三向振動傳感器輸出振動，BSWA麥克風輸出噪聲測試數據，小野Onosokki 傳感器IP-296用于采集實車測試中發動機曲軸轉速信號。

測試工況和實驗條件：在道路實驗中，測試地點選擇在環境相對安靜(環境噪聲低于被測噪聲10 dB以上)、地面較為平整的瀝青道路上，在3G WOT工況下，對該車進行數據采集和分析，發動機曲軸轉速追蹤范圍為1 000～5 000 r/min。試驗載荷為：整備車身、采集數據工程師1名、專業駕駛員1名。測試時，車內無異物，避免出現異響。為保證數據的可靠性，需進行多次同工況采集，對一致性較好的數據進行平均計算[5]。

采樣頻率：振動信號采樣頻率為5 120 Hz，頻率分辨率為1 Hz，譜線數為5 120 Hz；聲壓信號采樣頻率為10 240 Hz，頻率分辨率為1 Hz，譜線數為10 240 Hz。

在進行問題排查測試之前，要對汽車排查前原狀態進行測試，為排查過程中數據對比提供參考。文中測試主要針對進氣系統安裝點斷開排查，斷開安裝點后，墊入海綿等物體以隔絕振動。在排查過程中發現，斷開空氣濾清器的3個(共3個)安裝點車內前排噪聲改善明顯，測試結果對比如圖1所示。由圖可知，斷開空濾安裝點車內噪聲總聲壓級下降。因此，懷疑空濾安裝點動剛度較低。

圖1 斷開空濾安裝點車內聲學對比

2 空濾安裝點動剛度測試

動剛度指的是同一位置、同一方向上的激勵力與位移之比。原點動剛度主要能呈現的是在所關注的頻率范圍內該連接點局部區域的剛度水平，動剛度過低必然會引起更大的噪聲，因此，該性能指標對整車的NVH性能有較大的影響。

空濾安裝點的位置如圖2所示。為了進一步確定空濾安裝點的動剛度是否存在問題，對空濾安裝點的動剛度進行測試。由于空濾前兩個安裝點的位置比較接近，且在同一個支架上，把前安裝點的兩個點作為一個點進行動剛度測試。測試采用LMS動態測試系統中的Impact Testing模塊進行信號采集，在安裝點位置安放一個三向振動傳感器，對測點位置進行錘擊采集數據，主要觀察500 Hz以內的頻率響應。空濾前、后安裝點的動剛度測試結果如圖3和圖4所示。空濾前安裝點Z向動剛度超出200 N/mm(目標要求)和50 N/mm，未達到目標要求；空濾后安裝點Z向動剛度也超出200 N/mm(目標要求)和50 N/mm，未達到目標要求。空濾前、后安裝點Z向動剛度均未達到目標要求，因此需要對其進行優化。

圖2 空濾安裝點位置

圖3 空濾前安裝點動剛度測試結果

圖4 空濾后安裝點動剛度測試結果

3 空濾安裝點動剛度優化

根據動剛度測試結果，明確了空濾前、后安裝點動剛度不足的問題。針對空濾前、后安裝點的動剛度不足，采用CAE對其進行優化。在整車模型中對空濾安裝點進行動剛度分析需要大量的求解時間，由于關注點為空濾安裝點，為節省求解時間，提高效率，在已建立好的整車模型中，將含有空濾安裝點的局部模型截取出來，在車身截斷處加全約束模擬斷面的邊界條件，構建部分車身模型進行優化，局部模型如圖2(a)所示。

由于空濾前、后安裝點主要是Z向動剛度不足，因此采取優化措施主要提高Z向的動剛度。

優化措施：前安裝點支架往Z向延長約50 mm，增加與前端模塊連接；后安裝點支架往Z向翻邊約20 mm，同時增加與左前縱梁焊接。優化方案如圖5所示。

圖5 前、后安裝點優化方案

4 優化方案驗證

將新的優化方案應用于整車，對其優化效果進行驗證，測試方法與前述測試方法相同，得到車內聲學聲壓曲線和空濾前、后安裝點Z向振動特性，并與原狀態數據進行對比。車內聲學對比如圖6所示，由圖可知，優化后的前排聲學雖沒有斷開空濾安裝點改善明顯，但相比原狀態已有很大改善。空濾前、后安裝點Z向振動對比如圖7所示，前、后安裝點Z向振動幅值均減小，說明優化方案有效。

圖6 優化前后車內聲學對比

圖7 空濾前、后安裝點Z向振動特性對比

5 結論

(1)首先通過斷開空濾安裝點3擋全油門加速工況測試數據與原狀態同工況測試數據進行對比，斷開空濾安裝點車內噪聲水平較好，因此引出空濾安裝點動剛度不足的猜想。

(2)通過安裝點動剛度錘擊測試，明確了空濾安裝點動剛度不足的問題。

(3)針對空濾安裝點動剛度不足的問題，利用整車局部模型對空濾安裝點動剛度不足進行改進。

(4)將改進措施應用于實驗車，最后通過測試驗證，與原狀態測試數據進行對比，車內噪聲水平改善，提高了乘坐舒適性。