某MPV車型低頻路噪轟鳴問題優化

黃超勇，鐘秤平，殷和順，洪 聰，吳 訓，萬駿武

某MPV車型低頻路噪轟鳴問題優化

黃超勇，鐘秤平，殷和順，洪 聰，吳 訓，萬駿武

（江鈴汽車股份有限公司 江西省汽車噪聲與振動實驗室，江西 南昌 330001）

針對某多用途汽車（MPV）車型開發過程中存在的低頻路噪轟鳴問題，通過整車傳遞路徑以及響應分析，確定轟鳴問題由路面激勵與尾門模態耦合引起。文章研究了尾門限位塊剛度、尾門動力吸振器、尾門復合車身解決方案（CBS）的優化效果，最終選用增加尾門CBS方案解決了低頻路噪轟鳴問題，有效提升車輛行駛中的乘車品質。

低頻路噪；MPV車型；轟鳴；傳遞路徑；響應分析

隨著現代生活水平的逐漸提高，消費者對汽車的要求不再局限于純粹的代步工具，越來越多的消費者開始關注汽車的駕駛樂趣和乘坐品質，而汽車噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise, Vibration, Harshness, NVH）性能在行駛過程中能夠給予消費者最直觀的感受，因此，NVH性能已逐漸成為評價汽車品質好壞的重要指標[1]。

路噪是汽車NVH性能重要指標，主要產生機理是輪胎與地面摩擦產生的激勵，通過空氣或懸架傳遞至車身鈑金進而輻射至人耳。對于路面激勵引起的噪聲，按問題產生的頻率和人的主觀評價分為以下4種[2]：1）轟鳴聲（booming），道路不規則導致的低頻轟鳴聲，常伴有壓耳感，頻率范圍約為在20～60 Hz；2）隆隆聲（rumble），粗糙路面上輪胎滾動的轟隆聲，對應頻率范圍約為60～180 Hz；3）輪胎空腔噪聲（tire ring），對應頻率為200 Hz左右；4）輪胎花紋噪聲對應頻率一般在400 Hz以上，且噪聲頻率與車速相關。目前低頻路噪問題仍是行業難題，優化難度較大，且樣車生產出來后再更改結構將面臨成本高、周期長的問題，嚴重影響項目投產[3]。

針對某MPV車型開發階段，整車勻速工況下車內存在低頻路噪問題進行研究，按照激勵源、響應分析、傳遞路徑分析思路進行了問題的排查確認，確定車門模態耦合引起的低頻路噪問題，并在不大幅改動尾門鈑金結構的前提下，提出三種尾門路噪優化方案。

1 問題描述

某開發樣車在水泥刻紋路（見圖1）50 km/h工況下，車內存在明顯的類似打鼓的“嗡嗡”噪聲，嚴重影響整車行駛過程中的乘車品質。

圖1 水泥刻紋路

為識別引起該低頻路噪聲的頻率，采用LMS振動噪聲分析儀器，在主駕頭枕靠車外側布置麥克風，測試樣車50 km/h勻速行駛的噪聲數據，對測試結果進行頻譜分析（見圖2），發現40 Hz峰值能量較大，使用濾波軟件消除該峰值后，“嗡嗡”聲消失，判斷該低頻路噪聲問題頻率為40 Hz。

圖2 水泥刻紋路車內前排噪聲聲壓級測試結果

2 問題排查及分析

根據車輛結構推測該低頻路噪聲產生機理，當車輪在刻紋路面勻速行駛時，刻紋路面會激勵輪胎，振動從輪胎胎面傳遞至輪芯，再從前/后減振器、前副車架、板簧及空氣懸掛路徑傳遞至車身，最終激勵起車身板件模態，車身板件模態與車身聲腔耦合，進而產生車內低頻壓耳噪聲，如圖3所示。

圖3 路噪產生機理

據此路徑發現，底盤系統及車身系統對車內噪影響較大，需依次排查。

2.1 底盤傳遞路徑分析

在底盤橫向穩定桿、前副車架、前/后減振器、板簧/空氣懸掛安裝點布置振動傳感器，并進行測試（工況：勻速50 km/h），發現后懸的減振器及板簧架振動在40 Hz附近存在峰值（見圖4），判斷其為主要傳遞路徑。

圖4 水泥刻紋路后懸掛振動測試結果

為了進一步確定主要零部件貢獻度，需要對減振器、板簧進行振動測試分析。

2.1.1減震器貢獻度分析

拆除后懸減震器，斷開與車身連接點，經過勻速50 km/h道路測試優化不明顯，判斷減振器非主要路徑，如圖5所示。

圖5 拆除減震器后車內前排噪聲聲壓級優化結果

2.1.2板簧貢獻度分析

降低板簧剛度，經過道路測試可知，車內噪聲優化了3.2 dB(A)，如圖6所示。但由于導致承載能力下降以及對動態影響較大，無法工程化。

圖6 板簧降剛度后車內前排噪聲聲壓級優化結果

2.2 車身排查

同步測試問題工況車身鈑金件振動情況，發現尾門振動與問題頻率相對應，如圖7所示。

圖7 車內前排噪聲聲壓級及尾門振動測試結果

進行尾門模態測試及仿真，發現尾門40.76 Hz左右存在外板二階模態，與聲腔縱向一階模態（40.21 Hz）耦合，結果如圖8及表1所示，需改變尾門外板二階模態，避免與聲腔模態耦合。

圖8 車身聲腔模態（40.21 Hz）

表1 CAE仿真及NVH實測尾門前三階模態

序號模態振型頻率/Hz CAE仿真NVH實測 1X向平動19.0820.82 2整體扭轉25.6326.15 3外板彎曲40.7640.43 4聲腔模態40.21

2.2.1尾門限位塊方案

尾門限位塊可改變尾門約束狀態，進而影響尾門振動靈敏度和模態頻率[4]，嘗試將尾門限位塊硬度由65下降到55，壓縮量由2 mm降低到1 mm，尾門模態降低1～2 Hz，道路實測結果顯示，車內噪聲優化了1.52 dB(A)，如圖9所示。但是存在顛簸路面異響較為嚴重，無法接受，方案不可行。

圖9 尾門限位塊降硬度后車內前排噪聲聲壓級優化結果

2.2.2尾門動力吸振器方案驗證

動力吸振器可衰減特定頻率振動，降低振動靈敏度[5]。在問題樣車尾門增加兩個動力吸振器，如圖10所示，動力吸振器頻率最終鎖定為（40± 2.5）Hz。

圖10 尾門增加動力吸振器

圖11 尾門增加動力吸振器優化前后車內噪聲曲線圖

進行實車道路試驗驗證，并與基礎數據進行對比，結果如圖11所示。

圖11實線為基礎狀態車內噪聲及尾門振動測試結果，點線為尾門增加動力吸振器的車內噪聲及尾門振動測試結果。對比分析兩種測試結果可得，優化后對整車勻速50 km/h水泥刻紋路噪聲進行了改善；其中在40 Hz左右頻率車內整體噪聲聲壓級優化約6 dB(A)，乘員主觀駕評完全可以接受。最終驗證了該低頻路噪問題通過優化尾門 40 Hz附近振動方法的有效性。

但由于增加兩個動力吸振器，尾門質量增加較多，尾門撐桿支撐力不足，存在低溫撐桿保持力失效問題，故此方案無法實施。

2.2.3尾門CBS方案驗證

復合車身解決方案（Composite Body Solutions, CBS）是一種用于加強汽車局部或整體結構剛性的三維結構嵌件。在問題樣車尾門內外板間增加CBS（見圖12）后，尾門外板模態在問題頻率提升2 Hz左右（見表2），避開車身聲腔模態，減少因模態耦合引起的噪聲。

圖12 尾門增加CBS示意圖

表2 增加CBS前后尾門模態變化情況

序號模態振型頻率/Hz 尾門未加CBS尾門加CBS 1X向平動19.0820.46 2扭轉25.6325.95 3外板彎曲40.7642.38 4聲腔模態40.21

為進一步驗證尾門增加CBS對改善低頻路噪噪聲有效性，進行實車道路試驗驗證，采集整車勻速50 km/h水泥刻紋路工況下車內的噪聲振動數據，并與基礎數據進行對比，結果如圖13所示。

圖13實線為基礎狀態車內噪聲及尾門振動測試結果，點線為尾門增加CBS的車內噪聲及尾門振動測試結果。通過對比分析兩種測試結果可知，優化后對整車勻速50 km/h水泥刻紋路噪聲進行了改善，其中在40 Hz左右頻率車內整體噪聲聲壓級優化約9 dB(A)，乘員主觀駕評完全可以接受，優于尾門增加動力吸振器狀態。

圖13 尾門增加CBS優化前后車內噪聲圖

3 結論

低頻路噪問題的影響因子較多，后期解決成本高，是各大主機廠開發過程的難題，本文針對某MPV樣車低頻路噪問題，重點研究了尾門優化方案，結論如下：

1）尾門限位塊降剛度，可以降低尾門頻率，對低頻路噪有改善，可以作為后期優化方向之一，但要兼顧尾門異響性能；2）尾門動力吸振器方案可以明顯優化低頻路噪問題，可以在設計前期做好方案預留；3）尾門CBS方案在不大改尾門結構基礎上，提高尾門模態，可以明顯優化整車低頻路噪問題。本文研究思路及解決方案可供解決類似低頻路噪問題參考。

[1] 段龍楊.某運動型多功能車車內轟鳴噪聲分析與控制方法研究[D].長春:吉林大學,2010.

[2] 李春楠.基于傳遞路徑分析的整車路噪優化研究[D].長春:吉林大學,2020.

[3] 吳文棟.某SUV車內低頻轟鳴聲問題分析與優化[J].廣西科技大學學報,2020,31(6):86-92.

[4] 趙偉豐,王文彬,周浩東.車內低頻路噪問題的分析與控制[J].噪聲與振動控制,2019,39(3):142-146.

[5] XIE M Q,WANG L G,HUANG Y.Design and Perfor- mance Study of Clutch Disc Assembly of Wide-angle, Large-hysteresis,Multistage Damper[J].Chinese Journal of Mechanical Engineering,2021,34(3):358-370.

Optimization on the Problem of Low-frequency Road Noise and Booming for a MPV Model

HUANG Chaoyong, ZHONG Chengping, YIN Heshun, HONG Cong, WU Xun, WAN Junwu

( Jiangxi Vehicle Noise and Vibration Lab, Jiangling Motors Company Limited, Nanchang 330001, China )

In view of the low-frequency road noise and booming problem in the development process of a multi-purpose vehicle(MPV),the transmission path and response of the vehicle are analyzed,and it is determined that the roar problem is caused by the modal of tailgate and the road excitation resonance.The optimization effect of the tailgate limit block stiffness,the tailgate dynamic vibration absorber and the tailgate composite body solutions(CBS) are studies in this paper.Finally, the solution of adding the tailgate CBS is selected to solve the problem of low-frequency road noise and booming, and effectively improve the riding quality of the vehicle.

Low-frequency road noise;MPV model;Booming;Transmission path;Response analysis

U491.9+1

A

1671-7988(2023)20-97-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.020.019

黃超勇（1983－），男，碩士，高級工程師，研究方向為汽車振動及噪聲控制技術，E-mail:13767487189@163.com。