汽車側門內板共振噪聲優(yōu)化方法

謝業(yè)遠 肖甫 廖劍云

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

隨著人們生活水平的提高和汽車工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，人們不再滿足于汽車的行駛工具屬性，“家居化”成為汽車行業(yè)發(fā)展的趨勢之一，車輛內可實現(xiàn)辦公、休息、游戲等多種使用場景，對汽車乘員艙NVH靜謐性能的要求也日益提高。

以前對噪聲的查找都是用已生產出來的車輛進行測試，結合測試人員聽覺及測量設備獲取的結果進行分析，測試周期長，結果偏差大。隨著虛擬分析方法的不斷改進，分析結果與實車測試結果接近，虛擬分析方法已越來越多應用于整車開發(fā)數(shù)據(jù)階段的分析，提前發(fā)現(xiàn)問題并更改完善，縮短項目開發(fā)周期。噪聲傳遞函數(shù)（NTF，簡稱傳函）主要是指輸入激勵載荷與輸出噪聲之間的對應函數(shù)關系，用于評價車輛結構對振動發(fā)聲的靈敏度特性；NTF越來越多應用于評價整車NVH性能目標設定及分解，通過CAE虛擬分析整車各零部件對噪聲傳遞的貢獻量，并快速分析新方案對NVH的改善程度。

2 問題來源及原因分析

2.1 問題來源

某車型做整車動態(tài)NVH測試，發(fā)動機點火后，輕踩油門踏板使發(fā)動機轉速上升，發(fā)動機在某一轉速范圍時，駕駛員及第二排乘客接收到尖銳噪聲；當車輛在試驗場以勻速60km/h在粗糙路面工況上行駛時，駕駛員及第二排乘員也接收到較明顯的尖銳噪聲。噪聲使人感覺不舒服，影響駕駛員駕車安全及乘員乘坐舒適性；需消除噪聲，提升駕乘感知，提高整車品質。

2.2 產生噪聲原因分析

車輛噪聲主要有發(fā)動機高速運轉噪聲、車輛行駛時的胎噪及風噪、車身異響等噪聲類型。動力及傳動系統(tǒng)激勵引起的車內噪聲主要分為兩類：輻射噪聲和結構噪聲。其中輻射噪聲主要通過空氣傳遞到車內，系統(tǒng)激勵振動通過不同路徑傳遞到車身，車身薄壁件的振動與車內聲腔耦合振動，引起結構噪聲。

本案為整車在兩種不同駕駛狀態(tài)下發(fā)生的噪聲問題，實車故障排查，排除了零件搭接不牢而導致的相互碰撞異響；再進一步對異響集中區(qū)域拆除零件查找噪音源，發(fā)現(xiàn)噪聲異響為前后門內板振動引起。采用CAE方法進行虛擬分析，發(fā)現(xiàn)激勵頻率在38Hz附近，前后側門內板結構振動變形量達到最大值，如圖1。

圖1 38Hz附近前后門內板變形示意圖

2.2.1 發(fā)動機噪聲傳遞分析

動力總成通過左右前懸置直接將振動傳遞到車身，通過CAE虛擬分析手段對整車理論數(shù)據(jù)進行NTF分析，發(fā)動機轉速在1137r/min附近存在明顯噪聲峰值，噪聲峰值在63dB-65dB（如圖2），該峰值噪聲與發(fā)動機二階激勵有較強的相關性，在主觀感受中也非常明顯；通過對發(fā)動機振動頻率進行測試，對應該轉速的發(fā)動機二階激勵頻率為38Hz。

圖2 發(fā)動機二階激勵聲壓曲線圖

2.2.2 路面噪聲傳遞分析

車輛以勻速60km/h在粗糙路面上行駛時，輪胎與地面摩擦產生的噪聲通過空氣傳遞到車內，此為一般胎噪聲，通過增加隔音棉或消音板的方法可降低噪聲，但仍有尖銳噪聲存在；同時，輪胎的上下跳動，通過懸置將跳動傳遞到車身的懸置安裝區(qū)域，再經(jīng)由車身鈑金的形面及腔體結構，通過焊接、緊固件及涂膠等連接特性，將跳動傳遞到整個車身鈑金結構，在前門和后側門內板某一位置匯聚形成耦合振動，產生結構噪聲。NVH通過實車噪聲數(shù)據(jù)收集及轉換分析，駕駛員位置在路面激勵傳函38Hz有噪聲峰值，后排在33Hz有噪聲峰值，與實車行駛時主觀感受突然聽到的尖銳噪聲相吻合，如圖3。

圖3 粗糙路面音頻分析曲線圖

2.2.3 前后側門模態(tài)分析

對前后側門鈑金總成進行CAE虛擬分析，發(fā)現(xiàn)前后側門內板變形量最大時，內板模態(tài)在35Hz～40Hz范圍內（如圖4），與NTF分析的噪聲峰值傳函頻率相接近，由此推斷尖銳噪聲為前后門內板共振產生的結構噪聲。

圖4 前后側門模態(tài)

3 改進方案

針對前后側門內板出現(xiàn)的振動噪聲，可通過提高內板一階模態(tài)的方式，減少35Hz～40Hz范圍內的內板振動變形量，提出以下改進方案：

（1）內板特征調整：前門內板過孔由斜角布置的三個過孔改為三角布置的三個過孔，增加內板中間部位的特征面積大小；過孔周圈由短翻邊加強改為二級臺階加強，增加過孔周邊特征面斜度及落差，增加加強筋數(shù)量，更改加強筋走向。后側門內板優(yōu)化特征面，增加臺階落差量，更改過孔開口尺寸大小，調整過孔位置及方向。如圖5所示，通過調整內板自身結構提升內板模態(tài)。

圖5 前后側門內板結構更改

（2）在前后側門內板后下端各增加一塊鈑金加強板，鈑金加強板從門內板揚聲器安裝過孔下端開始布置，過后端拐角往上延伸至門鎖附近，加強板與內板形成封閉腔體，通過點焊及涂膠與內板連接，有效提高內板下端剛度，減少內板振動變形量，提升內板模態(tài)，如圖6所示。

圖6 前后側門內板下部增加加強板

4 方案驗證

（1）前后側門內板特征更改及增加下端加強板后，CAE重新分析前后側門內板模態(tài)；前門內板模態(tài)由39.81Hz提高到43.08Hz，后側門內板模態(tài)由38.09Hz提高到46.94Hz，如圖7所示，避開發(fā)動機及路面?zhèn)骱l率，避免內板產生共振噪聲。

圖7 前后側門內板模態(tài)

（2）經(jīng)過NVH對激勵噪聲的重新分析，在激勵保持不變的情況下，優(yōu)化后的前后側門鈑金總成對降低噪聲貢獻較大，駕駛員右耳位置噪聲平均下降2.00dB，后排中間位置噪聲平均下降3.8dB，且使大部分激勵點導致內板振動產生的噪聲值下降到目標值以下，滿足整車NVH要求，如圖8所示。

5 結語

結合實車測試及CAE分析方法進行噪聲查找分析，能夠在較短時間和較低經(jīng)濟成本的情況下，找出噪聲產生原因，提出優(yōu)化建議，同時結合試驗，快速提升整車NVH性能。

本文通過對車內噪聲問題進行實車測試及仿真分析，得到該噪聲主要由前后側門內板振動與聲腔耦合振動引起。消除或減少內板共振主要有增加內板厚度、增加內板局部加強板、修改內板形狀、增加吸振器或阻尼膠等方法，但考慮實際生產及物料成本、生產可操作性、性價比等綜合因素，選擇最佳的實施方案。