路面冲击噪声研究及工程应用

文伟张军宫世超闵福江许建

路面冲击噪声研究及工程应用

文伟1，2张军1，2宫世超1，2闵福江1，2许建1，2

（1.长安汽车股份有限公司汽车工程研究总院；2.汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室）

阐述了汽车通过冲击路面时车内噪声的产生机理及控制方法，并结合某轿车过强制减速带时车内噪声过大的工程案例进行了分析。应用车身灵敏度分析、车身板件振动与车内噪声相干性分析，识别出该车过强制减速带时车内噪声过大的主要影响部件。通过优化置物板、V型抗扭加强梁结构等措施，解决了该车型噪声问题。

路面冲击噪声主要是汽车行驶过程中轮胎与路面接触时，由于铺装路面存在接缝、龟裂或减速带等单个起伏或凹坑产生的噪声，是评价汽车舒适性的重要指标之一。侯臣元[1]等研究了汽车通过强制减速带时的动力学响应，指出汽车通过强制减速带时车身振动加速度与强制减速带的高度成线性正比关系；当减速带高度不变时，车速与减速带长度的比值不变则车身振动响应不变，随着车速与减速带长度比值的增大，车身振动响应具有先增大后减小的趋势。T.Geluk和P.J.G.van der Linden[2]通过对沙石路面冲击噪声研究，得出了小冲击输入的车内噪声控制方法。但是，目前对汽车通过大冲击路面车内噪声问题研究较少。

本文针对某轿车通过强制减速带时车内噪声大的问题，通过车身板件振动与车内噪声相干性分析，识别出车身系统主要影响部件，并给出了相应的解决措施。

1 路面冲击噪声产生机理分析

车辆行驶通过接缝路面、单个凸起或强制减速带时车轮受到路面的冲击输入，由于路面强迫位移激励的幅值大，悬架系统几乎不能吸收路面激励，而直接传递到弹簧或其它悬架导向机构上[3]。汽车悬架与车身连接的橡胶减振元件无法全部衰减悬架对车身的冲击振动，车身将会受到悬架冲击输入而产生剧烈的振动。悬架系统冲击输入引起的车身振动可分为3类，包括车身/车架骨架1阶弯曲、扭转振动，车身部件共振和车身部件受迫振动。冲击噪声正是路面对轮胎的冲击输入使悬架系统产生振动，并传递到车身产生的噪声。

2 路面冲击噪声控制及优化

基于路面冲击噪声的产生机理，一般在整车开发上可采用改进悬架动态特性、降低车身系统声振灵敏度两种方法降低路面冲击噪声量级，图1为路面冲击噪声控制瀑布图。

由于悬架的动态特性不仅关系到车辆的路面冲击噪声性能，而且直接决定着整车操纵稳定性等底盘性能，因此悬架动态特性调校主要在整车开发前期底盘开发阶段完成。在整车开发后期，悬架系统的很多参数已经冻结，可调空间较小，因此降低路面冲击噪声主要通过降低车身系统声振灵敏度的方法来实现。

降低车身系统声振灵敏度的措施包括提高车身刚度、车身模态合理避频等方法。车身系统声振灵敏度可以采用车身与悬架连接点对车内的声振传递函数（NTF）进行评价，工程上一般要求NTF低于55dB[4]，即单位力在车身支撑点激励，在人耳处测量到的噪声级应该小于55dB。若车身声学灵敏度过高，路面冲击噪声主要通过优化车身系统进行降噪。优化车身系统的过程可以根据车内噪声的问题频率查找影响车内噪声的主要车身部件，并通过优化相关部件在路面冲击作用下的响应幅度，达到降噪目的。

由于路面冲击振动是瞬态输入，运用声强分析等分析方法无法快速、准确的查找出问题部件，可以运用车身部件振动与车内噪声相干性分析确定车内噪声的影响部件。由于两个响应由相同激励源引起，相干函数会有较高的值。在工程应用上一般认为相干函数达到0.8以上，则车内噪声和车身部件振动存在相互影响的关系。相干性函数γij(ω)计算原理如下：

式中，Gij(ω)为运行工况下车内噪声与车身部件振动互功率谱；表示运行工况下车内噪声与车身部件振动自功率谱。

3 路面冲击噪声控制的工程应用

在某轿车自主开发过程中，当汽车以车速30 km/h左右通过强制减速带时后悬架噪声较大，严重影响后排乘坐舒适性。图2为该车匀速30 km/h通过强制减速带时后悬架车身安装点振动幅值对比，从对比结果来看，该车悬架系统对车身的激励处于较合理水平。图3为该车后悬架与车身连接点对后排位置NTF测试结果。从测试结果来看，该车后悬架车身安装点后排NTF较高，有些频段幅值达到65 dB，车身灵敏度较高。

3.1 影响路面冲击噪声的车身部件识别

通过在车身多个部件上布置振动传感器以及在车内布置麦克风，测试车身部件在运行工况下的振动及车内噪声。测试完成后，截取后轮通过强制减速带时各测点的振动数据和车内噪声数据，进行车内噪声与车身部件振动相干性分析，以识别出影响车内噪声的主要部件。图4为该车左后侧围外板振动与车内后排噪声的相干函数计算结果，提取问题频段内相干函数的最大值。

表1为车内各频段噪声与车身部件相干函数的最大值，多数车身部件在30～40 Hz频率段内与车内噪声相干函数值达到0.8左右，结合整车模态分析可知30～45Hz频率段噪声主要是由车身整体模态贡献。从表1中还可以看出，影响该车路面冲击噪声问题的主要部件为置物板、V形加强梁、车身左右侧围和行李箱后地板。

表1 车内各频段噪声与车身部件相干函数最大值

3.2 影响路面冲击噪声的车身部件优化

对于车身部件最有效的优化手段是通过提高结构刚度以提升模态。图5为置物板、V形加强梁示意图。对于V形加强梁，在螺栓连接处增加加强件，提高V形梁与车身的连接刚度，同时在V形梁上焊接加强筋；对于置物板，通过在置物板上增加两条纵向加强件，提高置物板刚度。

由于车身后侧围是车身外观件，无法进行结构优化，可以通过在板件上加装阻尼材料来衰减板件振动，或提高板件刚度以降低板件辐射噪声[5～7]。对于该车后侧围及侧围内板也同样通过分别增加车身增强垫和阻尼垫的方式进行优化。图6为该车后侧围及侧围车身增强垫和阻尼垫粘贴示意图。

在实车上实施上述改进措施后进行了道路测试，试验结果表明，该车匀速30 km/h通过强制减速带时车内噪声得到较明显的改善，如图7所示，该车过减速带时车内后排噪声响度降低了10宋。

4 结束语

阐述了路面冲击噪声的产生机理，并结合某轿车通过强制减速带时车内噪声大的问题，运用车身部件振动与车内噪声相干性分析，识别出该问题的主要影响因素。通过采用优化置物板、V形加强梁结构及加装部分阻尼材料等措施，使该车后排冲击噪声响度降低10宋。

在问题车辆路面冲击噪声优化的过程中，获得了以下几点经验：

a.车身部件局部刚度及车身覆盖件的减振处理对路面噪声有较大影响。

b.路面冲击噪声问题可以通过优化车身结构、增加阻尼垫等减振降噪处理方式解决。

c.通过车身部件振动与车内噪声之间的相干性分析,能够有效识别出影响车内噪声的主要部件。

1 侯臣元，彭为，靳晓强，张强.汽车通过减速带动力学响应分析.机械设计与研究，2010，26（4）：96～98．

2 T.Geluk,P.J.G.van der Linden.Investigation of Gravel Noise Mechanismsand Impact Noise Transfer.SAE Paper，2007，2007-01-2274．

3 Peter Kindt,Filip De Coninck,Paul Sas,Wim Desmet.Analy⁃sis of Tire/Road Noise Caused by Road Impact Excitations.SAE Paper,2007,2007-01-2248．

4 庞剑，谌刚，何华.汽车噪声与振动－理论与应用.北京：北京理工大学出版社，2006：314～320．

5 David L.Clark.Perceptual Transfer Function for Automo⁃tive Sound Systems.SAE Paper,2000,2000-01-0075．

6 Dhaval B.Jain,Pranab Saha.Predicting the Acoustical Per⁃formance of Weak Paths in a Sound Package System.SAE Paper,2005,2005-01-2520

7 吴卫枫，杜坤.NVH减振降噪材料及技术在汽车车身上的应用.汽车工艺与材料，2008（4）：63～66．

（责任编辑帘 青）

修改稿收到日期为2015年2月1日。

Research on Road Impact Noise and Engineering Application

Wen Wei1,2,Zhang Jun1,2,Gong Shichao1,2,Min Fujiang1,2,Xu Jian1,2
（1.Changan Automobile Engineering Institute Changan Automobile Co.,Ltd;2.State Key Laboratory of Vehicle NVH and Safety Technology）

This paper elaborates the generation mechanism of interior noise and control strategies of vehicles when driving over the impact strip,and shows a case of a vehicle whose interior noise is larger than expected when runs over mandatory impact strip.Through body sensitivity analysis,and coherence analysis between interior noise and body panel vibration,the main parts that cause high interior noise when going over impact strip are identified.By optimizing the structure of parcel shelf and the enhanced V-type anti-torque&stiffening beam,the interior noise is eliminated.

Impact strip,Impact noise,Coherence analysis

冲击路面 冲击噪声 相干性分析

U461.5

A

1000-3703（2015）05-0029-03