某車型加速車內聲品質問題的分析與優化

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某車型加速車內聲品質問題的分析與優化

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（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

針對某運動型多用途汽車（SUV）車型加速車內聲品質較差問題，論文通過噪聲頻譜分析、模態測試及擾動驗證等方法，確認該問題為壓縮機總成模態被動力總成激勵所引起，提升壓縮機總成模態是解決問題的方向。借助計算機輔助工程（CAE）分析手段尋找優化方案，建立有限元模型，分析原壓縮機總成一階模態與所發生噪聲頻率接近。通過CAE優化壓縮機支架，加強與發動機本體的連接，壓縮機總成一階模態頻率提升至465 Hz。通過實車驗證，更換所選方案的支架后，車內205～250 Hz共振帶明顯減弱，壓縮機向振動及車內噪聲在205～334 Hz區間大幅減弱，整車加速車內噪聲品質得到提升。

加速聲品質；壓縮機支架；模態測試；CAE分析

隨著汽車工業的飛速發展，用戶對汽車產品的感知質量要求越來越高，從汽車噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise, Vibration, Harshness, NVH）控制的最基本“減振降噪”向“聲品質控制”轉變，車內聲品質已經成為汽車重要組成部分[1]。

近年來，汽車聲品質取得了一定研究成果。裴旭等[2]利用遺傳算法改進的神經網絡（Genetic Algorithm-Back Propagation, GA-BP）建立聲品質預測模型，對響度和粗糙度進行分析，根據分析結果設計基于FeLMS算法的主動降噪（Active Noise Cancellation, ANC）系統，并進行仿真驗證，為改善勻速車內聲品質提供了有效方法。程雪利等[3]通過優化車門系統內板結構，改善車門系統玻璃升降聲品質。周曉杰等[4]研究得出進氣歧管間隔汽缸活塞缸的歧管長度相差越大，進氣半階次噪聲越大，即通過改變進氣歧管的歧管長度可以增加或減少某些特定頻率噪聲的結論，并以此為依據，正向設計一款進氣歧管，使進氣半階次噪聲較原方案整體提高，提升了車輛的運動感，改善了進氣聲品質。

綜上所述，針對汽車聲品質，現已在勻速聲品質、玻璃升降聲品質、進氣聲品質等方面取得了一些研究成果，但在加速聲品質方面研究相對較少。汽車加速噪聲不平順是汽車加速聲品質問題的一種。車輛在加速行駛時發動機和動力傳動系統工作粗暴，容易將噪聲振動傳進車內，給駕駛員和乘客以不良的感受。發聲頻率通常為單一或共振帶，共振中心頻率基本分布在200～700 Hz。某運動型多用途汽車（Sport Utility Vehicle, SUV）車型存在整車急加速聲音不平順的問題，主觀感覺類似于跑車的咆哮聲，影響加速聲品質，易引起顧客抱怨。本文圍繞該問題展開，通過噪聲頻譜分析、模態測試及擾動驗證等手段，確認問題原因，借助計算機輔助工程（Computer Aided Engineering, CAE）尋找優化方案，最后進行樣件驗證，達到改善加速聲音的不平順的目的，提升了汽車加速聲品質。

1 問題確認

某SUV車型試驗技術員反饋試制車輛存在急加速粗糙聲問題，針對該問題對車輛進行了主觀評價和客觀測試。采集三擋全油門加速工況（Wide Open Thlollle, WOT）加速車內駕駛員耳旁噪聲數據，數據顯示，加速車內噪聲存在240 Hz寬頻共振帶，主觀評價急加速存在粗糙感。

2 原因分析

通過數據分析，初步判斷該噪聲為發動機附件導致，在壓縮機、發電機、轉向助力泵上布置振動傳感器，測試發現，壓縮機本體振動同樣存在240 Hz共振帶，因此，初步判斷問題是壓縮機引起。為驗證這一判斷測試了壓縮機和支架總成的約束模態，所有測點結果顯示，壓縮機和支架總成在230～260 Hz范圍內存在較多模態，如圖1所示。與加速車內噪聲240 Hz寬頻共振帶存在耦合。

圖1 壓縮機+支架模態響應曲線

為進一步驗證，在實車上進行了質量擾動驗證，通過在壓縮機本體上配重，抑制壓縮機本體振動響應。

再次測試車內噪聲，對比原狀態與擾動后狀態測試數據，主駕240～260 Hz共振帶明顯減弱，從頻譜可顯示該頻率帶上分貝值降低3 dB(A)以上，如圖2所示。

綜上分析可知，該車型加速車內聲品質問題根本原因為壓縮機總成模態被動力總成激勵，從源頭上解決問題需提升壓縮機總成模態。

3 整改措施及效果

3.1 整改方向確定

借助CAE分析軟件，輔助產品的結構設計及校核，尋找優化方案。建立支架有限元模型，分析原支架一階模態為261 Hz，與測試判斷問題頻率接近。通過查看模態振型，發現壓縮機支架上與發動機連接的安裝點存在布置問題，原狀態的安裝點布置使壓縮機支架懸臂過長，該位置結構弱導致總成模態易被激發。因此，提升壓縮機總成模態可以通過優化壓縮機支架在發動機上的安裝點位置。

在原支架的基礎上進行了五輪優化方案分析，包括優化壓縮機支架在發動機上的安裝點以及提高支架自身剛度，方案均通過CAE軟件設置實現，各方案及分析結果如圖3所示，分析結果統計如表1所示。

表1 壓縮機支架優化方案及分析結果統計

方案名稱方案內容一階模態/Hz結果評價 原方案 261 方案一支架加筋270效果不佳 方案二去除缸體一顆螺栓，在油底殼重新增加一顆螺栓333效果良好 方案三遠端增加一顆螺栓361效果良好 方案四支架材料QT400改為鋼272效果不佳 方案五支架彈性模量增加10倍339效果不佳

從五種方案分析結果可知，單純提高支架自身剛度很難達到預期效果。方案二和方案三說明，優化支架安裝螺栓位置，加強與發動機本體的連接，能有效提高壓縮機總成模態。

3.2 細化整改方案

根據CAE分析結果，同時綜合考慮優化結構導致的周期和成本代價。方案三周期短、成本相對低，最終確定優化方案為在遠端增加了一顆安裝在缸體上的螺栓，加強筋適當調整。

圖4 原狀態與最終優化方案壓縮機總成模態

再次通過CAE軟件進行分析校核，最終優化方案壓縮機總成一階模態頻率提升至465 Hz，如圖4所示。

3.3 試驗驗證效果

針對壓縮機支架增加一個安裝點及加強筋適當調整的優化方案進行做件驗證，優化前后支架樣件如圖5所示。

圖5 原支架及優化支架樣件

更換優化后的壓縮機支架，進行試驗驗證。從車內噪聲colormap圖（見圖6）可以看出，車內205～250 Hz共振帶減弱，250～335 Hz對應的4階基本消失。車內噪聲譜平均對比顯示在205～334 Hz噪聲大幅減弱，優化0.5～6 dB(A)，與壓縮機向振動減弱特征一致，如圖7所示。主觀評價整車車內粗糙聲改善明顯。

圖6 優化前后車內噪聲colormap圖

4 總結

本文針對某SUV車型加速車內聲品質差，存在聲品質問題，通過噪聲頻譜分析、模態測試及擾動驗證等手段，確認問題為壓縮機總成模態被動力總成激勵所引起。

建立有限元模型，分析原壓縮機總成一階模態與問題頻率接近。利用CAE分析軟件對多種優化方案進行校核，最終確定方案為在壓縮機支架遠端增加一顆安裝在缸體上的螺栓，同時適當調整加強筋，加強與發動機本體的連接。優化方案將壓縮機總成一階模態頻率提升至465 Hz，不易被動力總成激勵引起共振問題。CAE分析的應用，為產品的結構優化及校核提供參考，極大提高問題整改效率，縮短研發周期，節省試驗費用。

優化方案實施后，車內205～250 Hz共振帶明顯減弱，壓縮機向振動及車內噪聲在205～334 Hz區間大幅減弱，該車急加速240 Hz的共振問題從根源上得到解決，較好地提升了加速聲品質，提升車輛乘坐舒適性。

[1] 龐劍.汽車車身噪聲與振動控制[M].北京:機械工業出版社,2015.

[2] 裴旭,黃鼎友,曾發林,等.基于主動噪聲控制技術改善車內聲品質[J].廣西大學學報(自然科學版),2019, 44(3):667-676.

[3] 程雪利,陸志成,童景琳.車門系統玻璃升降聲品質的結構優化研究[J].河南理工大學學報(自然科學版),2019,38(6):85-91.

[4] 周曉杰,劉志恩,顏伏伍,等.進氣歧管對汽車進氣聲品質影響研究[J].數字制造科學,2019,17(1):6-10.

Analysis and Optimization of the Interior Sound Quality Problem of a Vehicle Accelerating

JIA Chao

( Anhui Jianghuai Automobile Group Company Limited, Hefei 230601, China )

In view of the poor sound quality in the acceleration vehicle of a certain sport utility vehicle (SUV) model and the existence of sound quality problems, through noise spectrum analysis, modal test and disturbance verification, it is confirmed that the cause of the problem is caused by the excitation of the compressor assembly mode by the powertrain, and improving the compressor assembly mode is the direction to solve the problem. With the help of computer aided engineering (CAE) analysis, the optimization scheme is found, the finite element model is established, and the first mode of the original compressor assembly is analyzed to be close to the noise frequency. The compressor support is optimized by CAE to strengthen the connection with the engine body, and the first-order modal frequency of the compressor assembly is raised to 465Hz. After the bracket of the selected scheme is replaced, the 205～250Hz resonance band in the vehicle is significantly weakened, the-direction vibration of the compressor and the noise in the vehicle are significantly weakened in the 205～334Hz range, and the noise quality in the vehicle is improved after the whole vehicle is accelerated.

Accelerate sound quality; Compressor bracket; Modality test; CAE analysis

U464

A

1671-7988(2023)17-100-06

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.017.018

郟超（1986－），男，助理工程師，研究方向為NVH性能開發，E-mail:happyjac@163.com。