某客车行驶车内轰鸣声分析与改进
2016-06-28卓建明
卓建明
(厦门金龙联合汽车工业有限公司,福建厦门 361023)
某客车行驶车内轰鸣声分析与改进
卓建明
(厦门金龙联合汽车工业有限公司,福建厦门361023)
摘要:分析车内轰鸣声产生的原因,采用试验和仿真分析相结合的方法,诊断出引起某客车行驶车内轰鸣声的根源。通过改进车身顶盖骨架结构和采用空气弹簧悬架,显著降低了车内轰鸣声,为解决同类问题提供参考。
关键词:客车;车内轰鸣声;试验仿真;分析改进
汽车在封闭状态下,车内空气会形成许多声腔模态,受到发动机、传动系、排气系统、不平路面激励时,如果车身壁板结构的振动频率与车厢密闭空气的固有模态频率一致,将会产生很强的耦合作用,空气就会产生体积变化,将在车内产生很高的压力脉动,引起人耳不适,甚至出现头晕、恶心等症状,这样的现象称为轰鸣[1-3]。在车内空间较大的客车中尤其容易产生轰鸣现象。轰鸣声属于低频噪声,通常在200 Hz以下产生,常规的吸声降噪措施对此频段几乎无效[4]。本文通过测试分析某客车在行驶过程中产生轰鸣声的原因,采用试验和仿真手段,优化改进车身壁板结构固有频率,使车身壁板结构振动与车内声腔模态解耦,同时降低激励,最终有效解决了行驶过程中车内轰鸣声的出现。
1 问题描述
某客车在行驶过程中产生压迫耳膜的轰鸣声,通过测试,30 km/h、50 km/h、80 km/h不开空调匀速行驶工况车内噪声,见表1。从表中可见,原状态不同工况车内噪声测试结果中,匀速行驶工况下车内噪声C计权量级普遍超过105 dB(C),最高量级达到116.5 dB(C),车厢内C计权噪声量级整体上呈现在车辆两端大、中间小的特征,同时A计权与C计权量级相差较大,噪声信号中的低频成分非常大,主观上反映为压迫耳膜的轰鸣声,人耳难于接受。
表1 原状态车内噪声测试结果 dB
2 问题分析
2.1激励源分析
图1为30 km/h、50 km/h、80 km/h不开空调匀速行驶车内驾驶员右耳位置噪声频谱。通过频谱分析可知,车内噪声在13.00 Hz处都存在很高的能量峰值。在不同的车速段都存在较高的能量峰值,而客车在以上三个车速段动力总成的工作频率不一致,说明激励主要不是来自动力总成。
图2和图3分别为在30 km/h、50 km/h、80 km/h不开空调匀速行驶工况下前左轴头、后左轴头z方向振动频谱图。前后轴头z向在13 Hz处都存在较高的能量峰值[3]。说明车内噪声在13.00 Hz处存在能量峰值主要是由路面通过悬架系统激励引起的[5-6]。
2.2车身模态分析
通过在Hypermesh中创建白车身模型,各钣金件单元划分以四边形单CQUAD4为主,过渡的三角形单元CTRIA3控制在5%内。通过验证,单元满足相应的翘曲度、长宽比、雅可比值、歪斜度等要求。焊点采用CWELD单元来模拟。通过对白车身模型进行模态计算,发现车身顶盖在14.7 Hz处存在局部模态,其振型如图4所示。
车内空气组成的空腔存在着固有频率,其第一阶频率由如下公式(1)计算可知,12 m客车车内声腔第一阶固有频率为14.2 Hz。
综合以上分析,初步诊断是来自于路面13 Hz激励频率,因与车身结构模态14.7 Hz和车内声腔模态频率14.2 Hz较为接近,使车身结构模态与声腔模态耦合产生了车内轰鸣声。
3 改进方案与效果
3.1改进方案
根据以上分析结果,同时采取了两方面的改进措施,第一:将此车的悬架由钢板弹簧更换成空气弹簧,降低路面对车身骨架的激励能量;第二:优化改进车身顶盖结构,改进车身壁板结构的振动频率。在保证车身顶盖强度的前提下,通过将车身顶盖局部模态频率由14.7 Hz降至10.14 Hz,如图5所示,使之避开车内的声腔模态,从而避免模态频率耦合[7-9]。
3.2改进效果
根据以上方案整改后,测试30 km/h、50 km/h、80 km/h不开空调匀速行驶工况下车内噪声。根据图6中50 km/h匀速行驶改进前后车内中排无计权噪声频谱对比所示,改进后的车内中排噪声峰值由原始状态的13 Hz降低到11 Hz,车身壁板结构对车内声腔模态的激励频率下降了2 Hz,一定程度上解耦了车身顶盖壁板结构模态与车内声腔模态。改进后的测试结果如表2所示。根据表2与原状态结果表1对比所示,改进后的车内噪声相对原状态改善明显,C计权后的车内噪声量级降低较大,主观上感受到的车内压迫耳膜的轰鸣声明显降低,处于人耳可接受水平。说明通过降低路面激励、改变车身顶盖模态频率来避开声腔模态的频率,可以有效减少车内的低频轰鸣声。
表2 改进后车内噪声测试结果 dB
4 结束语
客车的路面激励能量主要集中在11 Hz~15 Hz频率段,要避免车内产生轰鸣声,应避免车身结构模态,特别是关键部位的局部模态要避开路面激励频率。
车身结构的模态与车内声腔模态将对整车噪声振动性能产生重要影响。因此,在汽车开发前期要对车身结构模态与车内声腔模态特性详细分析,避免车身模态与车内声腔模态耦合产生轰鸣声,否则后期改进成本较高。
参考文献:
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修改稿日期:2015-10-09
Analysis and Improvement on Interior Boom of One Coach in Driving
Zhuo Jianming
(Xiamen King Long United Automotive Industry Co., Ltd, Xiamen 361023,China)
Abstract:The reasons for interior boom are discussed on vehicles. By means of test and simulation analysis methods,the interior boom's root of one coach has been diagnosed out. By improving the structure of the body top frame and adopting the air suspension, the interior boom is reduced effectively. This method and experience can be referred for solvingthe same problems.
Key words:coach; interior boom; test and simulation; analysis improvement
中图分类号:U467.4+93
文献标志码:B
文章编号:1006-3331(2016)02-0056-03
作者简介:卓建明(1988-),男,NVH试验工程师;主要从事整车NVH试验及模态测试分析工作。