乔向华

(1.长城汽车股份有限公司技术中心，河北保定 071000；2.河北省汽车工程技术研究中心，河北保定 071000)



某SUV车型加速车内轰鸣声问题分析

乔向华1,2

(1.长城汽车股份有限公司技术中心，河北保定 071000；2.河北省汽车工程技术研究中心，河北保定 071000)

摘要：汽车内部噪声和振动，往往是由多个激励源，经由不同的路径传递至目标位置后相互叠加而成。怎样将各个激励产生的效果进行建模及分析，以使车内噪声控制在预定的目标值内，是现代汽车工业重点研究的课题。以某SUV车型三、四挡2 000 r/min以下加速车内轰鸣声问题为例，运用各工况下的测试数据建立传递参数模型，并利用相关数据分析解决NVH感知问题。

关键词：车内噪声；传动路径；传递函数；参数模型

0引言

当今社会，汽车不仅仅是一种交通工具，人们赋予了它更多的定义，对驾驶舒适性、娱乐性要求日益提升。其中NVH更是衡量汽车舒适性的重要指标，给驾乘人员的感受是最直观的。NVH是噪声、振动与声振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness)的英文缩写，这是衡量汽车制造质量的一个综合性问题。车内噪声往往伴随动力总成系统激励，经由车架、车身悬置等传递至驾驶室，从而引起驾乘人员感官体验。在进行汽车NVH问题的分析和改进过程中，如能准确地判断出各主要激励源和传递路径的贡献量，并针对贡献量大的位置进行改进优化，则能够大大提高工作及问题解决效率。

1工况传递建模分析基本原理

工况传递建模分析的基本原理是假设汽车内目标点的声压及振动水平，是由多个激励源，在不同的工作载荷[1]下，经由不同的路径抵达目标位置后叠加而成的。如公式(1)：

(1)

其中：yk为目标点响应；

Fi为激励力，表示由振动源作用在机械系统上的结构载荷；

Qj为体积加速度，表示由声源发出的声载荷；

NTFik与NTFjk表示激励力i或声源j到响应点k的传递函数。

工况传递建模分析，它是在传递路径基本分析方法的基础上，建立简单的激励源-路径-响应模型，确定各途径激励的能量在整个问题中所占的比例，找出此传递模型上对车内噪声起主导作用的环节，利用各个工况实车测试结果，使用参数化模型，将车内噪声控制在一个更加合理的范围内，满足驾乘人员对噪声品质要求。

2车内噪声控制方法

如上所述，车内轰鸣噪声的频率范围通常在 50～200 Hz 之间，而一般的材料对中低频噪声的吸收能力是有限的，因此采用吸声措施来被动降低轰鸣噪声效果是不理想的。车内轰鸣噪声的产生存在以下几方面可能：(1)发动机振动频率与车身模态的耦合；(2)车身结构模态与驾驶室声学模态的耦合；(3)传动系统扭转振动输入，通过悬挂或者后桥传递到车身与车身模态耦合。根据车内轰鸣噪声的主要特性和产生机制，一般通过以下方式来降低车内轰鸣噪声。

2.1主动控制措施

在车辆前期策划阶段，在保证发动机输出性能前提下，可通过优化发动机标定数据，如使喷油量、点火提前角、节气门开度等达到完美配合，以降低发动机曲轴和飞轮的扭矩波动，降低发动机本体振动；在传动系统增加振动衰减结构，如柔性联轴器、扭转减震器等机构，亦可降低通过发动机本体传递来的激励；对于发动机本体输出而言，采用增加双质量飞轮能将扭转振动峰值移动到怠速转速以下，从而很好地避免了在常用行驶工况下传动系统引发的车内轰鸣。另一方面，在整车设计初始阶段，对发动机激励频率、传动系统弯曲和扭转模态以及车身模态进行良好的分离，能从根本上避免因模态耦合而引发的轰鸣噪声。

2.2被动控制措施

在样车制造出后，因车身模具或车身外形无法更改，车内型腔结构、频率已趋于固定，动力系统的匹配已经完成，如重新匹配则会浪费较大人力、物力，且会错过车辆上市最佳时机，给车企造成不可估量的损失，因此往往需要通过被动的方式来降低轰鸣噪声。如在车身增加阻尼或加强材料，来衰减车身钣金振动或者改变车身模态；可以通过在传递路径上增加调谐质量阻尼器或者扭转减震器的方式来降低传动系统对车身的振动输入；同时也可以在车内型腔增加吸音、隔音材料，吸收、隔断噪声传递至驾驶室。总之，目前车内轰鸣噪声的现象已经较广泛地存在，通过主动和被动相结合的方法能对轰鸣噪声起到较好的优化效果。

3应用实例

非承载式SUV往往通过采用大功率、大扭矩的发动机及后桥驱动形式实现较强的越野性能，发动机扭矩波动往往带来负面的NVH影响。下面以某SUV车型三、四挡2 000 r/min以下加速车内轰鸣声问题为例，利用工况传递建模分析方法，找到主要激励源与贡献量，结合各工况路试采集所得数据，建立工况传递分析参数模型，提出改善意见并进行改善后效果验证。通过此传递建模分析，大大提高了NVH优化改进试验的效率与准确性。

3.1过程分析

结合车辆问题发生工况，通过主观评价，发现该车辆三、四挡全速全负荷1 200～2 000 r/min时，驾驶员位置、后排乘客位置有较大的轰鸣声，最高约71 dB(A)，长时间驾乘会令人感觉烦躁，不能接受。对此问题车，在消声室内及实验场对整车进行噪声测试，测试工况为三、四挡全负荷加速，发动机转速800～4 000 r/min时驾驶员、后排乘客位置噪声。经过对测试数据进行筛选分析，显示轰鸣声存在区域为1 300、1 620、1 850 r/min附近(见图1)，主要为二阶噪声，频率分别为43、54、63 Hz，结合噪声频谱图(见图2)，判定为发动机激励所致。

3.2真因查找

通常情况下，激励源与目标分为2个不同的系统，激励源一侧的结构称为主动方，目标点一侧称为受动方，而两者的分界处(被称为耦合点)通过某种耦合元件连接起来，简单可模型化“激励源-路径-响应”。结合主观评价及客观测试数据，加速车内轰鸣声问题判定为发动机激励通过车身、车架侧悬置、传动系等多种类型结构声激励传递至车内，在车内与车身空腔模态耦合形成[2]。针对此分析，通过建立传递路径模型，查明问题根源，控制激励源激励及传递路径能量消减，降低车内轰鸣声，从而解决此类NVH问题。

3.3传递模型建立

不同的噪声往往经由不同的激励源产生，经不同的激励形式传递至响应处。车内噪声的来源非常复杂：发动机的振动和噪声、排气系统噪声、风扇噪声、传动系统噪声、路面/轮胎振动和噪声及车身结构产生的噪声等。依据问题产生原理建立排查模型，即“激励源-路径-轰鸣声”传递路经模型如图3所示，判断主要激励源。

3.4传递函数测试

根据该模型确认在车身侧的9个结构载荷力输入点和8个声学体积加速度输入点分别布置三向加速度传感器和麦克风，利用体积声源为激励，采集各目标点到激励点的传递函数，用于工况传递路径数据分析。

针对该车型三、四挡全负荷工况发动机转速800～4 000 r/min加速车内轰鸣声问题，测量该车三、四挡全负荷加速800～4 000 r/min车内噪声、发动机悬置主被动侧振动、发动机辐射噪声、进排气噪声等数据，用于传递路径数据分析；经数据测试，该车型发动机较竞品车发动机振动高约30%。

通过模型分析，判定为发动机激励引起车内空腔模态产生耦合所致，NVH问题已严重影响整车品质。

3.5数据分析

通过软件计算得到每条传递路径对驾驶员噪声的贡献量，其中发动机低频激励时贡献量最大的位置是发动机悬置、车架、车身模态弱为主要贡献量。

4优化方案设计及验证

按照传递路径模型，对此车型2 000 r/min以下加速车内轰鸣声问题进行方案论证，如下：

(1)对激励源进行控制。为减小发动机正向激励，通过匹配双质量飞轮减少发动机激励传输。经试验测试，驾驶员右耳噪声明显改善，最高可降低9 dB(A)，车内整车轰鸣声水平降低4～5 dB(A)，改善效果明显。因考虑整车单车成本，增加约600元，整车质量增加约10 kg，匹配周期10～12个月。综合考虑，此方案不进行实施；

(2)减小激励传递。车架安装43和53 Hz吸振器[3]，1 300和1 400 r/min轰鸣声降低2 dB(A)；

(3)增加响应位置部件强度。在整车空腔后地板增加补强板，前排轰鸣声在1 580 r/min附近降低1.5 dB(A) ，后排轰鸣声在1 700 r/min降低3 dB(A)，见图4。

(4)车架四梁加强方案。通过对四梁加厚10 mm，前排1 300 r/min轰鸣声前移到1 225 r/min，峰值降低1.3 dB(A)，后排在1 000～1 600 r/min整体降低1.7～5 dB(A)，见图5。

5方案选定

因此车为量产状态车型，发动机、车身、车架等不易更改，动力系统匹配亦完成， 结合提升方案实施成本、开发周期、工程可行性、优化效果等，最终确定通过对车架安装吸振器、后地板加强、车架四梁加强3种方案同步实施并对问题车辆进行实车验证，车内前排轰鸣声整体可降低2 dB(A)，后排可降低3～4 dB(A)，基本达到了标杆车水平，经多方评价认可改善效果。验证结论证实此传递路径建模分析方法为解决NVH综合问题起到至关重要的作用。

6经验总结

类似车内加速轰鸣声等NVH问题，往往由于很多激励源共同激励，传递至响应处，属于综合性问题，涉及专业领域较多，用此路径传递建模分析方法，建立“激励源-路径-响应”分析模型，可快速有效地找到问题根源并制定行之有效的解决方案。

7结束语

针对该车型的轰鸣声问题，从传递路径测试、贡献量分析、方案验证等方面入手，最终应用增加双质量飞轮、车架增加吸振器、后地板加强等方案将问题解决。该案例充分说明传递路径建模分析方法是一种快速、高效的解决方法。在问题验证过程中也反映出发动机附件的振动大小、安装频率、共振转速等对发动机本身振动噪声性能均有较大影响，可能引起整车NVH问题。因此在整车匹配设计开发中必须高度重视，前期设计时要尽量提高其刚度，减少能量传递，避开薄弱频率，防止共振的发生，从而解决因共振引起的轰鸣声等一系列问题。工况传递建模分析方法，不仅仅在于确定寻找各激励对整车噪声与振动的影响程度及作用机制，更为重要的是为新车开发过程中提供目标值设定依据，推荐主要部件结构频率及响应的合理性，预测新产品NVH性能，从而大大缩短研发周期，降低开发成本。

参考文献:

【1】常辉，刘文强，吴东风.传递路径分析技术在NVH开发中的应用[C]//LMS 中国用户大会论文集，2011.

【2】赵骞，邓江华，王海洋.传动系部件扭转刚度对后驱传动系扭振模态的影响[J].噪声与振动控制，2011,31(5):49-52.

【3】王小龙，陆静，年猛.吸振器在汽车振动噪声控制中的应用和实验测试研究[J].科学技术与工程，2015,15(8):233-237.

【4】刘东明，项党，罗清，等.传递路径分析技术在车内噪声与振动研究与分析中的应用[J].噪声与振动控制，2007,27(4):73-77.

【5】伍先俊，吕亚东，隋富生.工况传递路径分析法原理及其应用[J].噪声与振动控制，2014,34(1):28-31.

Interior NVH Optimizing of Sports Utility Vehicle Model Acceleration

QIAO Xianghua1, 2

(1.Research & Development Center, Great Wall Motor Co., Ltd., Baoding Hebei 071000, China; 2.Technical Research & Development Center of Automotive Engineering of Hebei Province, Baoding Hebei 071000, China)

Keywords:Vehicle interior noise; Transfer path; Transmissibility function; Parameter model

Abstract:Vehicle interior noise vibration and harshness (NVH) phenomenon are often composed of multiple incentives in source, through the superposition of different transmission path after arriving at the target location. How the effect of multiple incentive for modeling and analysis, in order to make the interior NVH be controlled within a predetermined target, is an important research topic of modern automobile industry. An example of NVH problem was taken of sports utility vehicle (SUV) model acceleration in shifting gears of 3 and 4. The test data were used in various operating conditions to establish transition parameter model, and the relevant data were used to solve the problem of NVH perception.

收稿日期：2015-12-24

作者简介：乔向华(1979—)，男，大学专科，汽车工程师，从事整车设计开发工作。E-mail：zhanghao198594@126.com。

中图分类号:U461.4

文献标志码：A

文章编号：1674-1986(2016)04-074-04