劉鵬 孫壽峰 趙敬 金善玉

（中國(guó)第一汽車股份有限公司天津技術(shù)開(kāi)發(fā)分公司）

汽車的NVH 性能已成為區(qū)分汽車品牌好壞與衡量汽車制造質(zhì)量的重要因素之一。汽車的噪聲源有很多種，在行駛過(guò)程中，路面噪聲是車內(nèi)噪聲主要的噪聲源之一，直接影響了車內(nèi)人員的駕乘感受。汽車開(kāi)發(fā)中所說(shuō)的路噪問(wèn)題一般是指結(jié)構(gòu)傳播噪聲，是指由路面激勵(lì)和輪胎結(jié)構(gòu)特性引起的振動(dòng)經(jīng)過(guò)懸架系統(tǒng)的傳遞，最終作用于車身和車內(nèi)聲腔產(chǎn)生的噪聲[1]。相對(duì)于技術(shù)已經(jīng)成熟的車身NVH 仿真分析工作，在前期設(shè)計(jì)階段進(jìn)行精確的路噪仿真分析在技術(shù)上非常復(fù)雜，難度和成本都極高，所以，后期試驗(yàn)車測(cè)試階段的路噪調(diào)校整改工作是汽車NVH 性能開(kāi)發(fā)的重要工作之一。文章介紹了某自主品牌家用轎車的路噪性能整改工作，通過(guò)試驗(yàn)與仿真相結(jié)合，較為高效地實(shí)現(xiàn)了降低路面噪聲的目的。

1 某車型路噪問(wèn)題介紹

某小型家用轎車在整車NVH 測(cè)試評(píng)價(jià)時(shí)發(fā)現(xiàn)，5 擋勻速及3 擋加速工況下，車內(nèi)噪聲較大，明顯高于標(biāo)桿車型。主觀感覺(jué)車內(nèi)存在較大的轟鳴聲，后排尤其嚴(yán)重，不能接受。通過(guò)分析車內(nèi)振動(dòng)噪聲的頻譜特性[2]和對(duì)比測(cè)試在粗糙路面的噪聲，得出車內(nèi)中低頻振動(dòng)噪聲主要是由路噪構(gòu)成。原車及標(biāo)桿車在勻速60 km/h和80 km/h 行駛工況下車內(nèi)的噪聲水平，如圖1 所示；3 擋急加速各轉(zhuǎn)速下的噪聲水平，如圖2 所示。

圖1 勻速工況車內(nèi)噪聲水平柱狀圖

圖2 3擋急加速工況各轉(zhuǎn)速下噪聲水平

2 路噪問(wèn)題排查

2.1 傳遞路徑梳理

路面激勵(lì)經(jīng)過(guò)輪胎帶動(dòng)懸架通過(guò)不同路徑傳遞給車身[3]，主要路徑及影響因素，如圖3 所示。

圖3 汽車路噪傳遞路徑示意圖

2.2 輪胎影響驗(yàn)證

輪胎對(duì)整車NVH 性能有極大影響[4]。換裝標(biāo)桿車的輪胎，考察不同品牌樣式輪胎對(duì)車內(nèi)噪聲的影響，勻速80 km/h 時(shí)車內(nèi)后排噪聲對(duì)比曲線，如圖4 所示。

圖4 不同輪胎的整車車內(nèi)噪聲對(duì)比

通過(guò)對(duì)比測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，換裝標(biāo)桿車輪胎后路噪水平?jīng)]有明顯改善。說(shuō)明輪胎不是本車型路噪問(wèn)題的最主要原因，暫不考慮此整改優(yōu)化方向。

2.3 懸架路徑排查

CAE 部門將試驗(yàn)測(cè)試獲取的車身側(cè)懸架安裝點(diǎn)的加速度作為激勵(lì)，計(jì)算車內(nèi)噪聲。此次CAE 分析使用帶內(nèi)飾的車身模型，在懸架安裝點(diǎn)施加勻速工況的實(shí)測(cè)載荷，計(jì)算后排中部位置的噪聲響應(yīng)，由于有限元分析適用頻率范圍和計(jì)算效率的限制，CAE 分析頻率上限為200 Hz。本車前懸架為麥弗遜懸架，后懸架為扭力梁懸架，懸架安裝點(diǎn)的位置，如圖5 所示。

圖5 懸架安裝點(diǎn)位置示意圖

CAE 分析排查分2 步進(jìn)行。第1 步將所用懸架安裝點(diǎn)的激勵(lì)同時(shí)加載到車身，并與測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。如果結(jié)果吻合度較好，可用于后續(xù)分析，如果吻合度較差，還需進(jìn)行問(wèn)題排查。

CAE 分析結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比曲線，如圖6 所示。從圖6 可以看出，二者吻合度較好，進(jìn)一步驗(yàn)證了此工況下車內(nèi)噪聲主要由路噪組成，同時(shí)說(shuō)明CAE 模型相對(duì)準(zhǔn)確，可用于下一步的驗(yàn)證及優(yōu)化分析。

圖6 車內(nèi)噪聲CAE 與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比曲線

第2 步將不同安裝點(diǎn)的激勵(lì)分別加載，將分析結(jié)果與所有點(diǎn)同時(shí)加載的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，確定貢獻(xiàn)量最大的懸架安裝點(diǎn)。對(duì)比曲線，如圖7 所示。從圖7 可以看出，后扭梁安裝點(diǎn)在單獨(dú)激勵(lì)下，車內(nèi)噪聲峰值位置與所有點(diǎn)共同加載分析結(jié)果吻合度非常高，說(shuō)明后扭梁安裝點(diǎn)是路噪問(wèn)題的最主要傳遞路徑。

圖7 底盤全部安裝點(diǎn)加載和后扭梁安裝點(diǎn)單獨(dú)加載CAE 對(duì)比曲線

2.4 后扭梁傳遞路徑問(wèn)題排查

將后扭梁傳遞路徑上的關(guān)鍵參數(shù)與標(biāo)桿車進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)有2 個(gè)關(guān)鍵參數(shù)不利于路噪問(wèn)題的控制。

后扭梁安裝點(diǎn)的動(dòng)剛度低于標(biāo)桿車，說(shuō)明此安裝點(diǎn)傳遞激勵(lì)的能力過(guò)高[5]。本車型后扭梁安裝支架Y 向平均動(dòng)剛度水平實(shí)測(cè)值約在10 000 N/mm，標(biāo)桿車實(shí)測(cè)值約在20 000 N/mm。動(dòng)剛度實(shí)測(cè)結(jié)果，如表1 所示。

表1 汽車后扭梁安裝支架動(dòng)剛度測(cè)試結(jié)果對(duì)比N/mm

對(duì)后扭梁襯套進(jìn)行動(dòng)剛度測(cè)試，發(fā)現(xiàn)原車型動(dòng)剛度值遠(yuǎn)高于標(biāo)桿車型，不利于底盤系統(tǒng)隔振[6]，后扭梁襯套各向動(dòng)剛度值，如表2 所示，襯套方向定義，如圖8所示。

表2 汽車后扭梁襯套動(dòng)剛度測(cè)試結(jié)果對(duì)比N/mm

圖8 汽車后扭梁襯套方向定義示意圖

3 整改優(yōu)化

3.1 安裝點(diǎn)動(dòng)剛度優(yōu)化

CAE 部門制定后扭梁安裝點(diǎn)動(dòng)剛度的優(yōu)化方案，要求車身Y 向動(dòng)剛度達(dá)到20 000 N/mm 以上。優(yōu)化方案包含3 處改動(dòng)（如圖9 所示）：1）底部加強(qiáng)件的安裝點(diǎn)數(shù)量由2 個(gè)點(diǎn)改為3 個(gè)點(diǎn)；2）新增藍(lán)色加強(qiáng)支架，位于車身內(nèi)側(cè)；3）支架內(nèi)部新增黃色加強(qiáng)板。

圖9 汽車后扭梁安裝點(diǎn)動(dòng)剛度優(yōu)化方案示意圖

以上方案均由車身設(shè)計(jì)工程師確認(rèn)，滿足工藝要求，可以進(jìn)行試制裝車。優(yōu)化后，后扭梁安裝支架左、右側(cè)Y 向的動(dòng)剛度分別為20 953，22 094 N/mm，均達(dá)到20 000 N/mm 以上。

3.2 襯套剛度優(yōu)化

底盤工程師聯(lián)系供應(yīng)商提供低硬度的扭梁襯套，NVH 工程師負(fù)責(zé)動(dòng)剛度測(cè)試驗(yàn)證，確保裝車驗(yàn)證的襯套動(dòng)剛度達(dá)到整改要求。

經(jīng)測(cè)試，低硬度襯套動(dòng)剛度值大幅降低，可以實(shí)現(xiàn)更好的隔振效果。實(shí)測(cè)結(jié)果，如表3所示。

表3 低硬度扭梁襯套動(dòng)剛度測(cè)試結(jié)果N/mm

4 方案效果CAE 驗(yàn)證分析

后扭梁安裝點(diǎn)動(dòng)剛度和襯套動(dòng)剛度優(yōu)化后達(dá)到整改要求，但由于試驗(yàn)車資源和項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)比較緊張，以及結(jié)構(gòu)件試制裝車成本較高等問(wèn)題，需要通過(guò)CAE 分析，先驗(yàn)證整改方案在整車上的效果，再確定裝車測(cè)試方案。

CAE 驗(yàn)證分析采用整車模型進(jìn)行計(jì)算，在后輪心位置同時(shí)施加X(jué)，Y，Z 3 個(gè)方向的單位力，計(jì)算輪心到駕駛員右耳和后排中部位置的噪聲傳遞函數(shù)，分別對(duì)比安裝點(diǎn)動(dòng)剛度提升方案和襯套動(dòng)剛度降低方案對(duì)車內(nèi)噪聲的優(yōu)化效果。CAE 分析模型，如圖10 所示。分析結(jié)果對(duì)比曲線，如圖11 所示。從圖11 可以看出，后扭梁安裝點(diǎn)動(dòng)剛度提升對(duì)車內(nèi)噪聲的優(yōu)化效果不大，而襯套剛度降低后，車內(nèi)噪聲降低明顯，應(yīng)先對(duì)襯套方案進(jìn)行裝車測(cè)試。

圖10 整車CAE 分析模型

圖11 整車噪聲傳遞函數(shù)分析結(jié)果對(duì)比曲線

5 實(shí)車效果測(cè)試評(píng)價(jià)

將實(shí)測(cè)驗(yàn)證后的低剛度后扭梁襯套更換到試驗(yàn)車輛上進(jìn)行客觀數(shù)據(jù)測(cè)試和主觀評(píng)價(jià)，試驗(yàn)場(chǎng)地情況，如圖12 所示。

圖12 試驗(yàn)場(chǎng)長(zhǎng)直線跑道

整改后的汽車在5 擋勻速60 km/h 和80 km/h 工況下，車內(nèi)的噪聲水平對(duì)比，如圖13 所示；3 擋急加速各轉(zhuǎn)速下的噪聲水平對(duì)比，如圖14 所示。

圖13 優(yōu)化后勻速工況車內(nèi)噪聲對(duì)比圖

圖14 優(yōu)化后3 擋急加速工況車內(nèi)噪聲對(duì)比圖

從圖13 和圖14 可以看出：勻速工況下，車內(nèi)噪聲明顯改善，駕駛員右耳及后排中部位置均有2 dB 以上的降幅，綜合水平優(yōu)于標(biāo)桿車；同時(shí)，在3 擋急速工況，車內(nèi)噪聲水平也有明顯改善。

6 結(jié)論

綜上，底盤橡膠襯套的隔振性能對(duì)路噪的優(yōu)化調(diào)校非常關(guān)鍵。路噪問(wèn)題是一類非常復(fù)雜的整車NVH 問(wèn)題，在路噪性能開(kāi)發(fā)中需要試驗(yàn)測(cè)試和CAE 仿真分析緊密結(jié)合，在保證各子系統(tǒng)性能達(dá)標(biāo)的情況下，重點(diǎn)關(guān)注優(yōu)化關(guān)鍵路徑，促進(jìn)目標(biāo)達(dá)成。