文偉張軍宮世超閔福江許建

路面沖擊噪聲研究及工程應(yīng)用

文偉1，2張軍1，2宮世超1，2閔福江1，2許建1，2

（1.長安汽車股份有限公司汽車工程研究總院；2.汽車噪聲振動和安全技術(shù)國家重點實驗室）

闡述了汽車通過沖擊路面時車內(nèi)噪聲的產(chǎn)生機理及控制方法，并結(jié)合某轎車過強制減速帶時車內(nèi)噪聲過大的工程案例進(jìn)行了分析。應(yīng)用車身靈敏度分析、車身板件振動與車內(nèi)噪聲相干性分析，識別出該車過強制減速帶時車內(nèi)噪聲過大的主要影響部件。通過優(yōu)化置物板、V型抗扭加強梁結(jié)構(gòu)等措施，解決了該車型噪聲問題。

路面沖擊噪聲主要是汽車行駛過程中輪胎與路面接觸時，由于鋪裝路面存在接縫、龜裂或減速帶等單個起伏或凹坑產(chǎn)生的噪聲，是評價汽車舒適性的重要指標(biāo)之一。侯臣元[1]等研究了汽車通過強制減速帶時的動力學(xué)響應(yīng)，指出汽車通過強制減速帶時車身振動加速度與強制減速帶的高度成線性正比關(guān)系；當(dāng)減速帶高度不變時，車速與減速帶長度的比值不變則車身振動響應(yīng)不變，隨著車速與減速帶長度比值的增大，車身振動響應(yīng)具有先增大后減小的趨勢。T.Geluk和P.J.G.van der Linden[2]通過對沙石路面沖擊噪聲研究，得出了小沖擊輸入的車內(nèi)噪聲控制方法。但是，目前對汽車通過大沖擊路面車內(nèi)噪聲問題研究較少。

本文針對某轎車通過強制減速帶時車內(nèi)噪聲大的問題，通過車身板件振動與車內(nèi)噪聲相干性分析，識別出車身系統(tǒng)主要影響部件，并給出了相應(yīng)的解決措施。

1 路面沖擊噪聲產(chǎn)生機理分析

車輛行駛通過接縫路面、單個凸起或強制減速帶時車輪受到路面的沖擊輸入，由于路面強迫位移激勵的幅值大，懸架系統(tǒng)幾乎不能吸收路面激勵，而直接傳遞到彈簧或其它懸架導(dǎo)向機構(gòu)上[3]。汽車懸架與車身連接的橡膠減振元件無法全部衰減懸架對車身的沖擊振動，車身將會受到懸架沖擊輸入而產(chǎn)生劇烈的振動。懸架系統(tǒng)沖擊輸入引起的車身振動可分為3類，包括車身/車架骨架1階彎曲、扭轉(zhuǎn)振動，車身部件共振和車身部件受迫振動。沖擊噪聲正是路面對輪胎的沖擊輸入使懸架系統(tǒng)產(chǎn)生振動，并傳遞到車身產(chǎn)生的噪聲。

2 路面沖擊噪聲控制及優(yōu)化

基于路面沖擊噪聲的產(chǎn)生機理，一般在整車開發(fā)上可采用改進(jìn)懸架動態(tài)特性、降低車身系統(tǒng)聲振靈敏度兩種方法降低路面沖擊噪聲量級，圖1為路面沖擊噪聲控制瀑布圖。

由于懸架的動態(tài)特性不僅關(guān)系到車輛的路面沖擊噪聲性能，而且直接決定著整車操縱穩(wěn)定性等底盤性能，因此懸架動態(tài)特性調(diào)校主要在整車開發(fā)前期底盤開發(fā)階段完成。在整車開發(fā)后期，懸架系統(tǒng)的很多參數(shù)已經(jīng)凍結(jié)，可調(diào)空間較小，因此降低路面沖擊噪聲主要通過降低車身系統(tǒng)聲振靈敏度的方法來實現(xiàn)。

降低車身系統(tǒng)聲振靈敏度的措施包括提高車身剛度、車身模態(tài)合理避頻等方法。車身系統(tǒng)聲振靈敏度可以采用車身與懸架連接點對車內(nèi)的聲振傳遞函數(shù)（NTF）進(jìn)行評價，工程上一般要求NTF低于55dB[4]，即單位力在車身支撐點激勵，在人耳處測量到的噪聲級應(yīng)該小于55dB。若車身聲學(xué)靈敏度過高，路面沖擊噪聲主要通過優(yōu)化車身系統(tǒng)進(jìn)行降噪。優(yōu)化車身系統(tǒng)的過程可以根據(jù)車內(nèi)噪聲的問題頻率查找影響車內(nèi)噪聲的主要車身部件，并通過優(yōu)化相關(guān)部件在路面沖擊作用下的響應(yīng)幅度，達(dá)到降噪目的。

由于路面沖擊振動是瞬態(tài)輸入，運用聲強分析等分析方法無法快速、準(zhǔn)確的查找出問題部件，可以運用車身部件振動與車內(nèi)噪聲相干性分析確定車內(nèi)噪聲的影響部件。由于兩個響應(yīng)由相同激勵源引起，相干函數(shù)會有較高的值。在工程應(yīng)用上一般認(rèn)為相干函數(shù)達(dá)到0.8以上，則車內(nèi)噪聲和車身部件振動存在相互影響的關(guān)系。相干性函數(shù)γij(ω)計算原理如下：

式中，Gij(ω)為運行工況下車內(nèi)噪聲與車身部件振動互功率譜；表示運行工況下車內(nèi)噪聲與車身部件振動自功率譜。

3 路面沖擊噪聲控制的工程應(yīng)用

在某轎車自主開發(fā)過程中，當(dāng)汽車以車速30 km/h左右通過強制減速帶時后懸架噪聲較大，嚴(yán)重影響后排乘坐舒適性。圖2為該車勻速30 km/h通過強制減速帶時后懸架車身安裝點振動幅值對比，從對比結(jié)果來看，該車懸架系統(tǒng)對車身的激勵處于較合理水平。圖3為該車后懸架與車身連接點對后排位置NTF測試結(jié)果。從測試結(jié)果來看，該車后懸架車身安裝點后排NTF較高，有些頻段幅值達(dá)到65 dB，車身靈敏度較高。

3.1 影響路面沖擊噪聲的車身部件識別

通過在車身多個部件上布置振動傳感器以及在車內(nèi)布置麥克風(fēng)，測試車身部件在運行工況下的振動及車內(nèi)噪聲。測試完成后，截取后輪通過強制減速帶時各測點的振動數(shù)據(jù)和車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)，進(jìn)行車內(nèi)噪聲與車身部件振動相干性分析，以識別出影響車內(nèi)噪聲的主要部件。圖4為該車左后側(cè)圍外板振動與車內(nèi)后排噪聲的相干函數(shù)計算結(jié)果，提取問題頻段內(nèi)相干函數(shù)的最大值。

表1為車內(nèi)各頻段噪聲與車身部件相干函數(shù)的最大值，多數(shù)車身部件在30～40 Hz頻率段內(nèi)與車內(nèi)噪聲相干函數(shù)值達(dá)到0.8左右，結(jié)合整車模態(tài)分析可知30～45Hz頻率段噪聲主要是由車身整體模態(tài)貢獻(xiàn)。從表1中還可以看出，影響該車路面沖擊噪聲問題的主要部件為置物板、V形加強梁、車身左右側(cè)圍和行李箱后地板。

表1 車內(nèi)各頻段噪聲與車身部件相干函數(shù)最大值

3.2 影響路面沖擊噪聲的車身部件優(yōu)化

對于車身部件最有效的優(yōu)化手段是通過提高結(jié)構(gòu)剛度以提升模態(tài)。圖5為置物板、V形加強梁示意圖。對于V形加強梁，在螺栓連接處增加加強件，提高V形梁與車身的連接剛度，同時在V形梁上焊接加強筋；對于置物板，通過在置物板上增加兩條縱向加強件，提高置物板剛度。

由于車身后側(cè)圍是車身外觀件，無法進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可以通過在板件上加裝阻尼材料來衰減板件振動，或提高板件剛度以降低板件輻射噪聲[5～7]。對于該車后側(cè)圍及側(cè)圍內(nèi)板也同樣通過分別增加車身增強墊和阻尼墊的方式進(jìn)行優(yōu)化。圖6為該車后側(cè)圍及側(cè)圍車身增強墊和阻尼墊粘貼示意圖。

在實車上實施上述改進(jìn)措施后進(jìn)行了道路測試，試驗結(jié)果表明，該車勻速30 km/h通過強制減速帶時車內(nèi)噪聲得到較明顯的改善，如圖7所示，該車過減速帶時車內(nèi)后排噪聲響度降低了10宋。

4 結(jié)束語

闡述了路面沖擊噪聲的產(chǎn)生機理，并結(jié)合某轎車通過強制減速帶時車內(nèi)噪聲大的問題，運用車身部件振動與車內(nèi)噪聲相干性分析，識別出該問題的主要影響因素。通過采用優(yōu)化置物板、V形加強梁結(jié)構(gòu)及加裝部分阻尼材料等措施，使該車后排沖擊噪聲響度降低10宋。

在問題車輛路面沖擊噪聲優(yōu)化的過程中，獲得了以下幾點經(jīng)驗：

a.車身部件局部剛度及車身覆蓋件的減振處理對路面噪聲有較大影響。

b.路面沖擊噪聲問題可以通過優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)、增加阻尼墊等減振降噪處理方式解決。

c.通過車身部件振動與車內(nèi)噪聲之間的相干性分析,能夠有效識別出影響車內(nèi)噪聲的主要部件。

1 侯臣元，彭為，靳曉強，張強.汽車通過減速帶動力學(xué)響應(yīng)分析.機械設(shè)計與研究，2010，26（4）：96～98．

2 T.Geluk,P.J.G.van der Linden.Investigation of Gravel Noise Mechanismsand Impact Noise Transfer.SAE Paper，2007，2007-01-2274．

3 Peter Kindt,Filip De Coninck,Paul Sas,Wim Desmet.Analy?sis of Tire/Road Noise Caused by Road Impact Excitations.SAE Paper,2007,2007-01-2248．

4 龐劍，諶剛，何華.汽車噪聲與振動－理論與應(yīng)用.北京：北京理工大學(xué)出版社，2006：314～320．

5 David L.Clark.Perceptual Transfer Function for Automo?tive Sound Systems.SAE Paper,2000,2000-01-0075．

6 Dhaval B.Jain,Pranab Saha.Predicting the Acoustical Per?formance of Weak Paths in a Sound Package System.SAE Paper,2005,2005-01-2520

7 吳衛(wèi)楓，杜坤.NVH減振降噪材料及技術(shù)在汽車車身上的應(yīng)用.汽車工藝與材料，2008（4）：63～66．

（責(zé)任編輯簾 青）

修改稿收到日期為2015年2月1日。

Research on Road Impact Noise and Engineering Application

Wen Wei1,2,Zhang Jun1,2,Gong Shichao1,2,Min Fujiang1,2,Xu Jian1,2
（1.Changan Automobile Engineering Institute Changan Automobile Co.,Ltd;2.State Key Laboratory of Vehicle NVH and Safety Technology）

This paper elaborates the generation mechanism of interior noise and control strategies of vehicles when driving over the impact strip,and shows a case of a vehicle whose interior noise is larger than expected when runs over mandatory impact strip.Through body sensitivity analysis,and coherence analysis between interior noise and body panel vibration,the main parts that cause high interior noise when going over impact strip are identified.By optimizing the structure of parcel shelf and the enhanced V-type anti-torque&stiffening beam,the interior noise is eliminated.

Impact strip,Impact noise,Coherence analysis

沖擊路面 沖擊噪聲 相干性分析

U461.5

A

1000-3703（2015）05-0029-03