張旭

(山東理工職業(yè)學院,山東濟寧 272100)

0 引言

車內(nèi)噪聲的存在，影響乘員對車內(nèi)舒適性的感受，同時，長期置于一定的車內(nèi)噪聲中，對乘員的聽力造成損害[1]。隨著人們對汽車車內(nèi)環(huán)境舒適性的要求不斷提高，對車內(nèi)噪聲的控制要求也不斷提高。這就要求在整車設計開發(fā)過程中，充分考慮車內(nèi)舒適性并采取有效的控制措施，使車內(nèi)的噪聲水平滿足舒適性要求。

進氣系統(tǒng)作為主要噪聲源之一，其必然也成為NVH(Noise、Vibration、Harshness)的重要研究控制對象。進氣系統(tǒng)除了因氣體流動引起的進氣噪聲，還有因進氣系統(tǒng)與車身連接處的連接點動剛度不足引起的結構噪聲。動剛度是在動載荷作用下抵抗變形的能力，動剛度不足會對整車乘坐舒適性和車身結構件的疲勞壽命產(chǎn)生十分不利的影響。動剛度對乘坐舒適性的影響,主要表現(xiàn)在NVH性能上[2-3]。本文作者針對車內(nèi)噪聲水平較差，對進氣系統(tǒng)中空濾安裝點動剛度進行加強，使得車內(nèi)噪聲水平改善。

1 測試方案與數(shù)據(jù)分析

對于汽車NVH性能來講，3擋全油門(以下稱3G WOT)是經(jīng)常要考察的工況之一，在開發(fā)一部新車和評價其參考車的車內(nèi)噪聲時，WOT能快速檢驗和比較出汽車的噪聲水平[4]。因此，文中是基于3G WOT工況進行排查驗證。

試驗設備：LMS的32通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)SCMD5用來采集試驗數(shù)據(jù)；LMS Test.Lab的Signature Testing-Advanced用于在線采集數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行分析和處理；PCB三向振動傳感器輸出振動，BSWA麥克風輸出噪聲測試數(shù)據(jù)，小野Onosokki 傳感器IP-296用于采集實車測試中發(fā)動機曲軸轉速信號。

測試工況和實驗條件：在道路實驗中，測試地點選擇在環(huán)境相對安靜(環(huán)境噪聲低于被測噪聲10 dB以上)、地面較為平整的瀝青道路上，在3G WOT工況下，對該車進行數(shù)據(jù)采集和分析，發(fā)動機曲軸轉速追蹤范圍為1 000～5 000 r/min。試驗載荷為：整備車身、采集數(shù)據(jù)工程師1名、專業(yè)駕駛員1名。測試時，車內(nèi)無異物，避免出現(xiàn)異響。為保證數(shù)據(jù)的可靠性，需進行多次同工況采集，對一致性較好的數(shù)據(jù)進行平均計算[5]。

采樣頻率：振動信號采樣頻率為5 120 Hz，頻率分辨率為1 Hz，譜線數(shù)為5 120 Hz；聲壓信號采樣頻率為10 240 Hz，頻率分辨率為1 Hz，譜線數(shù)為10 240 Hz。

在進行問題排查測試之前，要對汽車排查前原狀態(tài)進行測試，為排查過程中數(shù)據(jù)對比提供參考。文中測試主要針對進氣系統(tǒng)安裝點斷開排查，斷開安裝點后，墊入海綿等物體以隔絕振動。在排查過程中發(fā)現(xiàn)，斷開空氣濾清器的3個(共3個)安裝點車內(nèi)前排噪聲改善明顯，測試結果對比如圖1所示。由圖可知，斷開空濾安裝點車內(nèi)噪聲總聲壓級下降。因此，懷疑空濾安裝點動剛度較低。

圖1 斷開空濾安裝點車內(nèi)聲學對比

2 空濾安裝點動剛度測試

動剛度指的是同一位置、同一方向上的激勵力與位移之比。原點動剛度主要能呈現(xiàn)的是在所關注的頻率范圍內(nèi)該連接點局部區(qū)域的剛度水平，動剛度過低必然會引起更大的噪聲，因此，該性能指標對整車的NVH性能有較大的影響。

空濾安裝點的位置如圖2所示。為了進一步確定空濾安裝點的動剛度是否存在問題，對空濾安裝點的動剛度進行測試。由于空濾前兩個安裝點的位置比較接近，且在同一個支架上，把前安裝點的兩個點作為一個點進行動剛度測試。測試采用LMS動態(tài)測試系統(tǒng)中的Impact Testing模塊進行信號采集，在安裝點位置安放一個三向振動傳感器，對測點位置進行錘擊采集數(shù)據(jù)，主要觀察500 Hz以內(nèi)的頻率響應?？諡V前、后安裝點的動剛度測試結果如圖3和圖4所示。空濾前安裝點Z向動剛度超出200 N/mm(目標要求)和50 N/mm，未達到目標要求；空濾后安裝點Z向動剛度也超出200 N/mm(目標要求)和50 N/mm，未達到目標要求?？諡V前、后安裝點Z向動剛度均未達到目標要求，因此需要對其進行優(yōu)化。

圖2 空濾安裝點位置

圖3 空濾前安裝點動剛度測試結果

圖4 空濾后安裝點動剛度測試結果

3 空濾安裝點動剛度優(yōu)化

根據(jù)動剛度測試結果，明確了空濾前、后安裝點動剛度不足的問題。針對空濾前、后安裝點的動剛度不足，采用CAE對其進行優(yōu)化。在整車模型中對空濾安裝點進行動剛度分析需要大量的求解時間，由于關注點為空濾安裝點，為節(jié)省求解時間，提高效率，在已建立好的整車模型中，將含有空濾安裝點的局部模型截取出來，在車身截斷處加全約束模擬斷面的邊界條件，構建部分車身模型進行優(yōu)化，局部模型如圖2(a)所示。

由于空濾前、后安裝點主要是Z向動剛度不足，因此采取優(yōu)化措施主要提高Z向的動剛度。

優(yōu)化措施：前安裝點支架往Z向延長約50 mm，增加與前端模塊連接；后安裝點支架往Z向翻邊約20 mm，同時增加與左前縱梁焊接。優(yōu)化方案如圖5所示。

圖5 前、后安裝點優(yōu)化方案

4 優(yōu)化方案驗證

將新的優(yōu)化方案應用于整車，對其優(yōu)化效果進行驗證，測試方法與前述測試方法相同，得到車內(nèi)聲學聲壓曲線和空濾前、后安裝點Z向振動特性，并與原狀態(tài)數(shù)據(jù)進行對比。車內(nèi)聲學對比如圖6所示，由圖可知，優(yōu)化后的前排聲學雖沒有斷開空濾安裝點改善明顯，但相比原狀態(tài)已有很大改善?？諡V前、后安裝點Z向振動對比如圖7所示，前、后安裝點Z向振動幅值均減小，說明優(yōu)化方案有效。

圖6 優(yōu)化前后車內(nèi)聲學對比

圖7 空濾前、后安裝點Z向振動特性對比

5 結論

(1)首先通過斷開空濾安裝點3擋全油門加速工況測試數(shù)據(jù)與原狀態(tài)同工況測試數(shù)據(jù)進行對比，斷開空濾安裝點車內(nèi)噪聲水平較好，因此引出空濾安裝點動剛度不足的猜想。

(2)通過安裝點動剛度錘擊測試，明確了空濾安裝點動剛度不足的問題。

(3)針對空濾安裝點動剛度不足的問題，利用整車局部模型對空濾安裝點動剛度不足進行改進。

(4)將改進措施應用于實驗車，最后通過測試驗證，與原狀態(tài)測試數(shù)據(jù)進行對比，車內(nèi)噪聲水平改善，提高了乘坐舒適性。