某SUV排气系统振动引起车内低频轰鸣问题研究

张慧芳石岩范永恒史晓宁耿鹏飞

某SUV排气系统振动引起车内低频轰鸣问题研究

张慧芳1，2石岩1，2范永恒1，2史晓宁1，2耿鹏飞1，2

（1.长城汽车股份有限公司技术中心；2.河北省汽车工程技术研究中心）

针对某SUV车内产生低频轰鸣的问题，应用CAE仿真和试验方法研究噪声产生路径及解决方法，判断出该问题是由排气系统振动并通过“排气系统—发动机—悬置系统—车内”路径传递到车内引起。通过修改排气系统模态，使车内噪声降低0～5dB，成功解决该车车内轰鸣问题，并验证了所用排查路径及解决方法的正确性和可行性。

1 前言

车内轰鸣问题是一种汽车经常出现的NVH问题。引起车内低频轰鸣的系统很多，包括排气系统、进气系统、悬置系统、传动系统等；传播的路径也较难查找，包括结构传播和空气传播，因此车内轰鸣问题解决难度较大。

排气系统是引起车内低频轰鸣问题的主要系统之一，而引起车内轰鸣的排气振动原因也多种多样，传递路径也较难查找，如果相关原因分析错误会导致问题解决出现偏差。本文针对某SUV车型出现的车内低频轰鸣问题，寻找一条排查排气振动问题的新路径，并总结排气系统常见的振动问题。

2 问题描述

该SUV车型主观感受在5挡1 500～1 800 r/min车内出现轰鸣问题，前排问题较严重。该车型的基本信息如表1所列。

表1 车型基本信息

驾驶员右耳总级及阶次噪声如图1所示。可知，轰鸣产生的主要贡献为发动机2阶噪声。经过车内数据与各系统相关数据对比，得知与排气系统振动关系较大，驾驶员右耳2阶噪声与排气吊钩（测试振动最大的2个吊钩）主动侧振动对比如图2所示。由图2初步判断轰鸣问题是由排气系统振动引起。

3 原因及路径分析

3.1 排气系统振动引起车内轰鸣的原因

排气系统振动主要分为零部件模态共振和排气系统整体振动，能够引起车内轰鸣问题的原因很多，如图3所示。在排查问题时如果理不清楚可能产生的原因，会加大问题排查的难度。

3.2 排气系统振动传递到车内路径分析

在解决排气系统振动问题时，一般的分析思路为振动经发动机传递给排气系统，再经橡胶吊耳传递给车身，最后传递到车内。排查问题时一般将排气吊钩断开验证，如果没有变化，则认为与排气系统振动无关，这容易误导研究人员对问题的排查。因为排气系统还可以通过柔性节反传给发动机，进而传递给悬置系统，再传递到车内，如果忽略此条路径则不利于找到问题真正原因。

4 问题分析

4.1 仿真分析

根据排气系统振动可能引起轰鸣的原因，对排气系统进行仿真分析，振动原因排查表如表2所列。

表2 排气系统振动原因排查表

经过仿真分析，排气系统在55 Hz处有一阶垂向和横向综合的振型，与问题频率相同，判断为排气系统模态振型引起（图4）或者吊钩处振动量级过大引起。需要做试验进行验证，验证方案为在管路反节点处增加2 kg质量块，作用为降低吊钩处振幅及改变排气系统模态，加质量块后振型频率由55 Hz降低到49 Hz（图5），问题频率处振幅降低（图6）。

4.2 试验确认

加质量块后，排气吊钩主动侧频率发生偏移，振幅降低，这与仿真结果相同，但驾驶员右耳处的噪声没有消失，而是随着排气吊钩频率发生偏移（图7），因此确定该问题主要与排气系统模态振型有关。

分析相关路径如表3所列。图8和图9分别为排查路径1、2方案结果。由图8可知,将排气吊钩全部断开后，车内噪声反而升高，因此此路径不是传递路径。由图9可知，原状态时，车内问题与后悬置Z向振动峰值相符；加质量块后，车内问题变化与后悬置振动变化相符，因此可以判断振动通过此路径传递到车内。

表3 路径分析

5 方案优化及验证

5.1 仿真优化

此问题由排气系统模态引起，且通过排气系统反传给发动机，解决方法可以从排气模态、软连接、悬置系统3方面入手。结合实际情况，决定从排气模态入手，将软连接更换为双球铰，更改排气系统模态。更改后排气系统模态振型发生变化，垂向振型消失，如图9所示。

5.2 试验验证

换双球铰方案后，驾驶员右耳处噪声降低0～5dB，主观感觉轰鸣消失，且没有衍生出其它问题。换双球铰前、后驾驶员右耳2阶噪声对比如图10所示。

6 结束语

a.总结出排气振动能够引起车内低频轰鸣的主要原因，提出一条有别于一般排查路径的新路径。

b.结合实际车型项目案例，通过对排气系统模态振型的优化，将软连接更换为双球铰，经试验验证，此方案成功消除由2阶引起的车内轰鸣问题。

1 成亚南，周权.基于仿真分析的车内轰鸣声控制方法.2013中国汽车工程学会年会论文集，2013CN（44）：1395～1401.

2 庞剑，谌刚，何华.汽车噪声与振动.北京：北京理工大学出版社，2006.

3 穆国宝，席忠民，何凯欣.汽车车内轰鸣声研究及其工程优化.LMS年会论文集，2014.

4 薛皓文，姜建中，孙勃.某皮卡车内轰鸣问题分析与改进.LMS年会论文集.2014.

5 张维达.汽车排气系统隔振分析与设计：[学位论文].南京：南京航空航天大学，2012.

6 张硕，杨亮.排气系统结构噪声的分析与优化控制.噪声与振动控制，2011，（5）:93～98.

（责任编辑晨 曦）

修改稿收到日期为2015年4月1日。

Research on Low Frequency Booming Noise of A SUV caused by Exhaust System’s Vibration

Zhang Huifang,Shi Yan,Fan Yongheng,Shi Xiaoning,Geng Pengfei
（1.Great Wall Motor Company R&D Center;2.Automotive Engineering Technical Center,Hebei Province）

This paper researches on paths and methods to eliminate the SUV interior low frequency booming noise by CAE simulation and test.It concludes that such booming noise is caused by the exhaust system’s vibration which transfers through‘exhaust system-engine-mount’to the interior.By changing the mode of exhaust system,the SUV interior noise is reduced by 0～5dB,and the booming noise is eliminated.The path and the solution used are proved to be correct and feasible.

SUV,Exhaust system,Vehicle booming noise,Path analysis

SUV 排气系统 车内轰鸣 路径分析

U461.4

A

1000-3703（2015）05-0032-03