基于LMS测试的某汽车拖曳臂空气动力噪声解决方案

蔡其刚，章礼文

（1.合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥2300009，2.奇瑞汽车股份有限公司，安徽芜湖241009）

基于LMS测试的某汽车拖曳臂空气动力噪声解决方案

蔡其刚1，2，章礼文1，2

（1.合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥2300009，2.奇瑞汽车股份有限公司，安徽芜湖241009）

汽车噪声一直是客户满意度调查中抱怨最多的一项，比较安静的内部环境是高品质的象征。一般使用厚玻璃和隔音驾驶舱来达到降噪目标，但成本、质量均会因此而大幅上升。以NTF理论为基础，借助LMS测量系统，对比分析了某汽车拖曳臂局部轮廓优化前后的噪声效果，提出了底盘结构件的降噪方法与建议。

空气动力噪声；拖曳臂；降噪

0 引言

汽车空气动力噪声研究的是车辆在路面上的运动过程中，由空气振动产生的噪声。空气动力噪声是由气流流动过程中的相互作用、或气体和固体介质之间的相互作用而产生。从噪声产生的机制看，主要由旋转噪声 （气压脉动）和涡流噪声 （紊流噪声）组成。气流噪声的特性与气流的压力、流速等因素有关。

一般认为，汽车底部和地面之间的气流状态受下列因素的影响：

（1）地面和底部间的距离 （离地间隙）；

（2）车辆宽度、长度和高度之比及车身造型；

（3）底部的平整程度；

（4）地板的纵向曲率和横向曲率。

汽车的空气动力噪声是指车辆在空气中运动引起空气产生涡流、冲击或者压力突变导致空气扰动而形成的噪声，该参数是表征汽车品质的重要指标。文中以某汽车拖曳臂的空气动力噪声的分析及控制为例，提供了降低汽车底盘结构件空气动力学噪声的方法与建议。温度、体积与压强的状态方程），运用3个基本物理定律就可以推导出理想流体介质 （不考虑阻尼）中的声固耦合系统动力学方程：

式中：S是由声学广义力Fr向量得到的声－固耦合矩阵；ρ0为空气密度；C0是声波在媒质中传播的速度。

将测量点的空气压力转化为声压值：

式中：p为驾驶员耳旁声压值，p0为国际参考声压20×10－6Pa。

NTF（Noise Transfer Function，声传函数）分析是汽车NVH开发中的重要方法之一。该方法通过声固耦合分析，能够准确发现潜在的设计问题，为车内噪声预估和控制提供依据。图1为噪声传递路径示意图。

1 噪声传递函数的基本理论

声波传播的空间称为声场。在分析声波传播的过程中，一般讨论3个量：声压、振速以及介质的密度（或压缩量），它们之间是相互联系的。声振动作为一个宏观的物理现象，满足3个基本物理定律 （即牛顿第二定律、质量守恒定律以及描述

声传函数包括力－声传递函数 （结构传声）及声－声传递函数 （空气传声）两类，前者主要考虑中低频区域，后者主要考虑中高频区域，如图2所示。

文中主要讨论声－声传递函数 （空气声传递函数），力－声传递函数 （结构传声）从略。

声－声传递指的是直接由空气传递的空气噪声，如发动机及其附件产生的机械噪声、燃烧噪声和空气动力噪声等，通过车身壁板的孔洞、缝隙或透过车身板件直接传至车内。

2 基于LMS测量工具的噪声检测方法

2.1 空气噪声检测方法

2.2 某汽车拖曳臂对空气动力噪声贡献的分析

冲焊式拖曳臂受本身结构限制及其工艺要求，常需在拖曳臂本体上开不少工艺用孔和 （或）减重孔。但这对空气动力学噪声势必造成负面影响，图4为拖曳臂工艺孔对气流的影响示意图。

为了验证拖曳臂工艺孔对匀速120km／h时车内400Hz噪声峰值的影响，采用LMS公司专业测试系统对拖曳臂工艺孔封堵前后进行了对比试验 （图5、图6）。试验结果见图7及表1。

由图7可见：拖曳臂工艺孔封堵后，整车120km／h车内匀速噪声，在1／3倍频程中的单频400Hz处，主驾驶员左右耳DLE、DRE声压级分别下降0.69dB（A）和0.19dB（A），右后排乘员左右耳RRL、RRR声压级分别下降1.46dB（A）和1.77dB（A）。

表1为匀速行驶时车内声品质试验对比。

表1 匀速行驶时车内声品质试验对比

结合试验分析结果，可以采取以下两种解决方案：

方案一，取消工艺孔，不满足冲压焊接工艺要求，否决。方案二，增加堵件 （见图8），设计、工艺及装配分析可行。最终采用方案二。

3 总结

文中就某汽车拖曳臂的空气动力学噪声问题进行了探讨，同时提出了降低空气动力噪声的解决方案。概括如下：（1）从理论上分析了空气动力噪声产生的机制；

（2）采用LMS测试系统对声源进行了有效探测及准确识别；

（3）在基本弄清了高速车辆的空气动力噪声声源及其贡献度的基础上，根据采取对策的优先顺序及空气动力噪声的目标值，确定了最终降噪方案；

（4）关于底盘结构件的空气动力学噪声，建议方案包括下部结构平滑化设计、填堵工艺孔及增加导流板等，均可有效降低空气动力噪声。

（5）对底盘结构件声学特性的分析理论及分析软件的应用能力 （包括整车结构有限元模型、车室声腔的声学有限元模型以及结构－声学耦合的有限元模型等）需要提升。

【1】佐川，明朗.车辆空气动力噪声的声源探测方法与对策［J］.国外铁道车辆，2007，44（6）：34－40.

【2】傅立敏.汽车空气动力学［M］.北京：机械工业出版社，2006.

【3】傅立敏.汽车设计与空气动力学［M］.北京：机械工业出版社，2011.

【4】黄天泽，黄金陵.汽车车身结构与设计［M］.北京：机械工业出版社，2003.

【5】唐天宝，郭建成.汽车气动附件对气动力优化的数值仿真［J］.河南科技大学学报，2013，34（5）：45－50.

【6】李克强，何渝生，梁锡昌.基于传递函数合成的车内噪声控制方法［J］.振动工程学报，1996，9（3）：313－317.

Solution for Air Dynamic Noise Caused by Vehicle Trailing Arm Based on LMS Test System

CAIQigang1，2，ZHANG Liwen1，2
（1.College of Mechanical and Automotive Engineering，Hefei University of Technology，Hefei Anhui230009，China；2.Chery Automobile Co.，Ltd.，Wuhu Anhui241009，China）

Vehicle noise has been amost complained about the customer satisfaction survey，quiet environment is a symbol of high quality.Thick glass and sound insulating cockpitare generally used to decrease noise，but the cost，weightwill therefore rise sharply.Taking NTF theory as the foundation，with the aid of the LMS test system，the noise effects before and after trailing arm local contour optimization were contrasted，and some noise reduction methods and suggestionswere put forward for chassis structure.

Aerodynamic noise；Trailing arm；Noise reduction

2014－02－13

蔡其刚（1979—），男，工学学士，工程师，主要从事汽车悬架结构件设计开发工作。E-mail：cqg412＠163.com。