李靜波 王暉

（華晨汽車工程研究院）

汽車NVH 是影響汽車舒適性的重要因素。NVH問題中的轟鳴會(huì)引起人耳不適，甚至出現(xiàn)頭暈和惡心等癥狀[1]。在汽車概念設(shè)計(jì)階段，找到激勵(lì)源并降低激勵(lì)力是解決汽車轟鳴問題的正確方法，為此研究人員做了很多工作來降低汽車轟鳴噪聲[2-4]。文章對(duì)某車型的轟鳴問題進(jìn)行了噪聲源識(shí)別與分析，采用階次分析技術(shù)，確定了轟鳴問題的主要階次，并鎖定轟鳴的問題頻率，借助CAE 手段提出了優(yōu)化方案。

1 階次噪聲

在旋轉(zhuǎn)和往復(fù)式機(jī)械運(yùn)動(dòng)中，零部件的結(jié)構(gòu)特性、載荷的變動(dòng)和運(yùn)動(dòng)部件的缺陷會(huì)引起振動(dòng)，并相應(yīng)地輻射噪聲。

階次（O）的數(shù)學(xué)定義是旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件的工作頻率（f/Hz）（如齒輪的嚙合頻率）與轉(zhuǎn)速（n/（r/s））的比值。對(duì)齒輪類零件，齒數(shù)（Z）就是它的階次，即：

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)來說，通常定義曲軸旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的頻率為基頻，即1 階，基頻的m 倍的噪聲被稱為m 階噪聲。

2 轟鳴問題的分析及優(yōu)化

2.1 問題描述

對(duì)某車型進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，在2 擋全油門加速工況下，車內(nèi)在3 600 r/min 左右存在明顯轟鳴聲，對(duì)該車進(jìn)行了噪聲測(cè)試，分析結(jié)果，如圖1所示。

分析圖1 可發(fā)現(xiàn)，車內(nèi)在240 Hz 左右存在明顯共振，是導(dǎo)致4 階在3 600 r/min 能量偏大的原因。此外，240 Hz 共振還會(huì)導(dǎo)致很多階次被放大，由于噪聲的全階是由噪聲的各個(gè)階次綜合作用的結(jié)果，如果對(duì)240 Hz的共振問題進(jìn)行優(yōu)化，車內(nèi)的很多階次噪聲會(huì)得到降低，從而，車內(nèi)很多轉(zhuǎn)速下的噪聲會(huì)得到優(yōu)化，表1 示出240 Hz 與車內(nèi)各階次的轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)表。

表1 240 Hz 與車內(nèi)各階次的轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)表

圖2 示出2 擋加速車內(nèi)噪聲及階次，是圖1 的階次切片圖。

分析圖2 可知，車內(nèi)噪聲的全階在3 600 r/min左右的峰值主要與4 階噪聲相關(guān)。車內(nèi)噪聲全階在2 400 r/min 左右的小峰值與噪聲6 階相關(guān)；車內(nèi)噪聲全階在1 800 r/min 左右的峰值主要與噪聲8 階和噪聲4 階相關(guān)；車內(nèi)噪聲全階在1 440 r/min 左右的峰值主要與噪聲10 階相關(guān)。前述分析結(jié)論的問題轉(zhuǎn)速與表1提到的轉(zhuǎn)速基本對(duì)應(yīng)。

2.2 問題原因分析

基于前述分析，結(jié)合整車模態(tài)分布表，初步鎖定壓縮機(jī)支架模態(tài)頻率與問題模態(tài)頻率比較接近。圖3 示出壓縮機(jī)支架頻響測(cè)試結(jié)果。圖3 的測(cè)試結(jié)果顯示，壓縮機(jī)支架的頻響測(cè)試頻率約為240 Hz。

2.3 整改驗(yàn)證分析

結(jié)合工藝可行性，將壓縮機(jī)的安裝點(diǎn)個(gè)數(shù)由原來的3 個(gè)優(yōu)化為4 個(gè)，如圖4所示。

采用CAE 手段對(duì)優(yōu)化后壓縮機(jī)進(jìn)行支架模態(tài)頻率分析，分析結(jié)果顯示，模態(tài)頻率提高了約21 Hz。

將優(yōu)化后樣件裝車測(cè)試，并與原狀態(tài)下車內(nèi)噪聲的測(cè)試結(jié)果對(duì)比，如圖5～圖9所示。

分析圖5 可知，壓縮機(jī)模態(tài)頻率提高后，車內(nèi)噪聲在很多轉(zhuǎn)速都有降低，而噪聲降低的轉(zhuǎn)速區(qū)間與表1中提到的轉(zhuǎn)速區(qū)間對(duì)應(yīng)。在車內(nèi)噪聲有改善的每個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)間，車內(nèi)噪聲降低的幅值不同。

分析圖6～圖9 可知，車內(nèi)各階次噪聲在與240 Hz對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速下（如表1所示），都有不同程度的降低，其中：噪聲4 階在3 600 r/min 降低了約 12 dB；噪聲6 階在2 400 r/min 降低了約11 dB；噪聲8 階在1 800 r/min降低了約9 dB；噪聲10 階在1 440 r/min 降低了約9 dB。

對(duì)比圖5 與圖6～圖9 可知，壓縮機(jī)支架模態(tài)頻率提高后，單一階次在改進(jìn)前240 Hz 對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速的噪聲降低量明顯大于全階在該轉(zhuǎn)速的噪聲降低量，這主要與階次噪聲對(duì)噪聲全階在相應(yīng)轉(zhuǎn)速的貢獻(xiàn)率相關(guān)。

3 結(jié)論

在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)階段，可廣泛使用CAE 分析方法，避免后期重復(fù)開發(fā)設(shè)計(jì)導(dǎo)致的各種成本浪費(fèi)。階次分析方法是汽車NVH 分析與優(yōu)化的有效工具。單一頻率的共振問題會(huì)導(dǎo)致車內(nèi)很多噪聲峰值變大，通過優(yōu)化共振問題來解決車內(nèi)單一噪聲峰值問題，會(huì)降低車內(nèi)噪聲的很多峰值。在某一轉(zhuǎn)速，單一階次噪聲降低量明顯大于全階在該轉(zhuǎn)速的噪聲降低量，這主要與階次噪聲對(duì)噪聲全階的貢獻(xiàn)率相關(guān)。