某乘用车加速工况车内轰鸣声诊断分析及控制方法.pdf

第 43 卷 第 1 期Vol.43,No.12024 年 1 月Journal of Applied AcousticsJanuary,2024 研究报告 某乘用车加速工况车内轰鸣声诊断分析及控制方法蒋 邹1梁 莹2吴文栋1罗玉军3(1 柳州铠玥科技有限公司柳州545006)(2 上汽通用五菱汽车股份有限公司柳州545006)(3 广西科技大学柳州545006)摘要：该文针对某乘用车加速工况出现的轰鸣声进行诊断分析与控制。首先通过主观评价确定问题工况，通过实车测试发现2400 r/min左右车内存在明显轰鸣声。利用阶次分析、模态分析及错频验证可知，发动机激励经悬置传递副车架，引起副车架的共振，进而传递到车内引起轰鸣声。最后通过传递分析及柔性连接点导纳法，优化副车架橡胶衬套结构。结果表明，优化后在2400 r/min声压总级与2阶声压差值为7.5 dB(A)；声压总级较原状态降低2 dB(A)，2阶噪声降低7.8 dB(A)，声压总级和2阶噪声声压差值增大，轰鸣声明显减小，主观评价可接受。关键词：轰鸣声；模态分析；传递路径分析；副车架衬套优化中图法分类号:U461.4;TB53文献标识码:A文章编号:1000-310X(2024)01-0090-05DOI:10.11684/j.issn.1000-310X.2024.01.011Diagnosis analysis and control method of booming noise in cars passengerJIANG Zou1LIANG Ying2WU Wendong1LUO Yujun3(1 Liuzhou Kaiyue Technology Co.,Ltd.,Liuzhou 545006,China)(2 SAIC GM Wuling Automobile Co.,Ltd.,Liuzhou 545006,China)(3 Guangxi University of Science and Technology,Liuzhou 545006,China)Abstract:In this paper,diagnosis,analysis and control of the roar of a passenger car under accelerationconditions are carried out.First of all,the problem conditions are determined through subjective evaluation,andthrough the real vehicle test,it is found that there is obvious roaring noise in the car around 2400 r/min.Usingorder analysis,modal analysis and frequency-staggered verification,it can be seen that the engine excitationis transmitted to the sub-frame through the suspension,causing the resonance of the sub-frame,which is thentransmitted to the interior of the vehicle to cause a roaring sound.Finally,the subframe rubber bushingstructure is optimized by transfer analysis and flexible connection point admittance method.The results showthat after optimization,the difference between the overall level at 2400 r/min and the second-order soundpressure is 7.5 dB(A);The overall level and the second order noise sound pressure increase,and the roaringsound decreases significantly.The subjective evaluation is acceptable.Keywords:Booming noise;Modal analysis;Transfer path analysis;Subframe bushing optimization2022-08-17收稿;2022-09-20定稿.作者简介:蒋邹(1991),男,广西桂林人,本科,工程师,研究方向:NVH测试。通信作者 E-mail:第43卷 第1期蒋邹等：某乘用车加速工况车内轰鸣声诊断分析及控制方法910 引言随着纯电、混合动力汽车的出现，人们对于整车的NVH要求愈发提高12。轰鸣声是一种汽车噪声。在汽车行驶过程中，短时刻内噪声压力显著增大，给车内乘员带来一种压迫耳膜的轰鸣感觉，令乘员很不舒服3，同时也会大大降低整车的舒适性，不利于产品的市场竞争。各汽车企业对轰鸣声的解决都极为关注。目前针对轰鸣声的机理研究一般为模态分析、传递路径分析、有限元分析、边界元分析、相关分析等46。对于轰鸣声的控制方法，相关研究人员提出了相对应的解决方法。对于后驱动力车型的轰鸣声控制主要有避免车身结构与声腔的模态耦合、改动悬架及后桥结构、在后桥上增加吸振器等方法711。王昆等12通过对轰鸣车辆的传动系进行扫频试验，搭建整车多体动力学模型进行分析，通过降低离合器弹簧刚度与在传动轴上加吸振器，解决了样车的轰鸣问题。金岩13对激励源和路径进行测试分析，副车架的模态与车内声腔模态耦合，通过优化悬置，在副车架上安装吸振器降低车内轰鸣。唐吉有等14通过在尾门上布置升学超结构，有效降低了某轿车在匀速行驶时产生的车内低频轰鸣。杨仕祥等15采用遗传算法对悬置进行优化，降低了某商用车定置工况和怠速工况下驾驶室轰鸣声。本文中针对在开发阶段的某乘用车加速工况下出现的轰鸣声，首先通过主观评价确定问题工况，其次通过实车测试，结合阶次分析与模态分析锁定轰鸣声产生的主要原因，并提出了相应的控制方法。结合操稳、驾驶性及成本，对副车架的橡胶衬套结构进行优化，结果表明本文的控制方法可改善某乘用车的轰鸣声。1 车内加速工况轰鸣声的诊断分析整车车内作为一个密闭空间，内部的空气具有一定的压力，车内的压力分布是不同的。从振动特性上来说，车内空气具有特定的声腔模态。外界激励传递到车身，引起车声钣金的振动，钣金的振动能量向车内空气传递，当激励频率与声腔模态一致时，引起其共鸣，形成轰鸣。1.1轰鸣声的特性分析根据主观评价某乘用车在中大油门加速时，在2400 r/min左右驾驶员右耳处出现轰鸣的现象，针对样车进行加速工况的道路测试及在转鼓消声室中进行摸底排查测试，以便对轰鸣问题进行诊断，提出相应的解决方案。根据主观评价结果，在驾驶员右耳处布置传声器，通过LMS.TEST.LAB设备进行数据采集，并通过can和obd接口读取整车的相关参数。在试验场道路上测试3档全油门加速工况下的车内噪声。查看分析实车加速工况下的驾驶员右耳处声压，提取总声压级和阶次噪声，发现轰鸣声出现在2400 r/min左右，2阶次噪声水平对总体噪声水平贡献最大，故提取总体噪声水平和2阶次噪声水平，如图1所示，总体噪声水平和2阶次噪声水平在2400 r/min的差值为1.7 dB(A)。150018002100240027003000?/?rSmin-1?40455055606570?/dB(A)?2?图1加速工况驾驶员右耳处噪声阶次分析Fig.1 Order analysis of drivers right ear该车的发动机为直列四缸四冲程式，发动机转速n和噪声峰值频率f 之间的存在如下关系：f=(i n)/60,(1)式(1)中，i为阶次(i=1,2,3,)。可计算噪声峰值对应的频率为80 Hz左右。1.2轰鸣声的诊断与路径排查轰鸣声的空气传播主要为发动机辐射噪声、进气系统和排气系统辐射噪声，结构传递的主要路径为悬置、进气系统安装点、排气吊耳等。由1.1节可知，轰鸣声的频率与发动机转速相关，因此对该问题的诊断应当从动力总成相关系统入手。因此，总结轰鸣声的主要传递路径如图2所示。结合在半消声室中的摸底测试结果，屏蔽进排气后，此轰鸣声没有降低；查看左/悬置的主被动端振动及轮芯位置处的振动信号，没有发现与轰鸣声922024 年 1 月对应的峰值特征；查看后拉杆悬置处的被动端振动，其2阶振动在2400 r/min左右存在峰值，与轰鸣声相对应。?/?图2轰鸣声主要传递路径Fig.2 The main transmission path of the boom-ing nosie后拉杆悬置与副车架相连，副车架通过衬套与车体柔性连接。在整车装配状态下，对副车架进行模态测试，其存在83 Hz的Z 向平动刚体模态(方向为整车坐标系方向，X 向为从车头指向车尾，Z 向为垂直向上，根据右手螺旋定则确定Y 向)，振型如图3所示。在副车架上增加10 kg质量块，主观评价轰鸣声改善明显。因此，此次的轰鸣声是由于发动机激励通过悬置传递到副车架，引起副车架振动，振动传递到车身引发。图3整车状态下的副车架模态Fig.3 The sub-frame modal in the vehicle state2轰鸣声控制方法2.1控制方法分析针对1.2节中的问题，轰鸣声控制方法有：(1)对噪声振动源控制，降低其产生的能量。此方法需要改发动机结构及其控制方式，且悬置隔振率满足要求，此方法实现较为困难。(2)模态错频或加吸振器。将副车架的模态提高，以避开共振频率，需要增加副车架的质量，不利于轻量化和油耗。对于加吸振器，由于是Z 向刚体模态，且副车架无合适位置，此方法不执行。(3)对传递路径进行控制。副车架与车声为柔性连接，通过改变连接点的导纳与隔振率，使传递的能量减小，达到控制轰鸣的效果。2.2基于传递路径分析的轰鸣声控制方法通过减小从副车架传递到车身的振动能量，提高柔性连接的导纳，使得耦合力在轰鸣声转速段降低，从而达到控制轰鸣声效果。结合操稳、舒适性以及成本等综合考虑，针对副车架与车身连接的橡胶衬套进行优化，以隔振率和导纳为目标，以衬套橡胶结构和刚度为变量，分别对前后衬套进行优化迭代设计，最终确定方案为：增加橡胶衬套的下翻边，翻边衬套直径增大3 mm，前衬套橡胶高度增加0.5 mm；后衬套的橡胶高度增加0.15 mm，翻边衬套直径增大3 mm；并在橡胶中部增加1 mm的圆槽，优化结果如表1所示，在改动橡胶衬套后，在与衬套相连的支撑盘上安装点做相应整改。原状态衬套橡胶硬度为50 邵氏硬度，将其增大至60邵氏硬度，前衬套的轴向刚度增大4000 N/mm，后衬套的轴向刚度增大8000 N/mm。增大橡胶衬套硬度的同时增加了汽车的操稳性，如表1副车架衬套结构优化Table 1 Optimization of the bushing structure of framework原状态优化后原状态优化后前衬套45238553244555555.5332后衬套4.55457.85324.54.55757582.452.452轴向刚度：2000 N/mm轴向刚度：6000 N/mm轴向刚度：2000 N/mm轴向刚度：10000 N/mm橡胶硬度：50 HA橡胶硬度：60 HA橡胶硬度：50 HA橡胶硬度：60 HA第43卷 第1期蒋邹等：某乘用车加速工况车内轰鸣声诊断分析及控制方法93转向准度提升，但牺牲掉部分舒适性，整体隔离的振动有所降低，但在此次问题中噪声抑制更加重要，故选择增大橡胶衬套硬度。将改制好的副车架进行装车验证，首先测试其在整车装配状态下的模态，Z 向平动刚体模态由02040608010010-410-2?/(ms-2N-1)?/(ms-2N-1)?/(ms-2N-1)(a)x?02040608010010-410-2(b)y?020406080100?/Hz?/Hz?/Hz10-410-2(c)z?图4副车架到座椅导轨的传递Fig.4 Transmission from the frame to the seat rail15002000250030000510?/dB?/dB?/dB(a)?x?1500200025003000246810(b)?y?150020002500300024(c)?z?/(rmin-1)?/(rmin-1)?/(rmin-1)?图5优化状态副车架左前衬套隔振率Fig.5 Vibration isolation rate of left front bush-ing of subframe in optimized state原来的83 Hz增大至88 Hz。以主驾驶员座椅导轨为振动响应，后悬置在副车架的安装点为敲击点，其传递函数如图4所示，在80 Hz左右的传递函数减小，振动响应降低。测试在3档全油门加速工况下副车架前后橡胶衬套的隔振率，优化状态的副车架衬套隔振率在2400 r/min提高37 dB，取左前衬套隔振率如图5所示。对优化状态的副车架进行3档全油门加速工况轰鸣声验证，结果如图6所示。优化副车架后在2400 r/min声压总级与2阶声压差值为7.5 dB(A)；声压总级较原状态降低2 dB(A)，2阶降低7.8 dB(A)。同时，轰鸣声主观评价明显降低，不适感基本消失。1500200025003000?/(rmin-1)40455055606570?/dB(A)?2?2?图6轰鸣声优化前后对比Fig.6 Comparison of booming noise before andafter optimization3结论针对某乘用车在中大油门加速工况2400 r/min出现的轰鸣声问题进行诊断分析和控制。针对该轰鸣声，首先进行主观评价，确定问题工况。其次，通过测试诊断，利用阶次分析和模态分析以及错频验证，锁定轰鸣声由副车架共振引起。结合操稳、驾驶性及成本考虑，通过优化副车架与车身连接的橡胶衬套结构，增大其隔振率与导纳，从而减小传递到车内的振动能量，以达到控制轰鸣声的效果。优化后的副车架方案使得2400 r/min的声压总级与2阶声压差值增大至7.5 dB(A)；声压总级较原状态降低2 dB(A)，2阶降低7.8 dB(A)，验证了该方案的有效性。本文对于轰鸣声的控制方法具有一定的参考价值。对于副车架衬套在NVH与操稳的之间没有942024 年 1 月较好优化两者的平衡点，需要在后续工作中进一步研究。参考文献1 Karl J,Peter M,Ludo G,et al.A novel transfer path anal-ysis method delivering a fast and accurate noise contribu-tion assessmentC/Symposium on International Auto-motive Technology-SIAT 2009 Society of Automotive En-gineers(SAE),2009:2644126449.2 Kim S J,Lee S K.Prediction of interior noise by excita-tion force of the powertrain based on hybrid transfer pathanalysisJ.International Journal of Automotive Technol-ogy,2008,9(5):577583.3 刘显臣.汽车 NVH 性能开发 M.北京:机械工业出版社,2017:4652.4 Kenji H,Shinji Y,Atsuhiro M.Analysis of booming noisein light-duty truck cabJ.JSAE Review,2000,21(2):255257.5 von Christian H.Experimental and numerical NVH anal-ysis and simulation for 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