基于模态分析技术的汽车加速噪声优化

任晓惠，陆兵

(安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230091)



基于模态分析技术的汽车加速噪声优化

任晓惠，陆兵

(安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230091)

在某车型开发过程中，发现加速工况下出现明显共鸣音，严重影响人的听觉感受。通过主观评价及客观数据分析，确认该声音是由排气歧管产生共振，向外辐射噪声，传递到车内引起的。通过对歧管子系统进行加强，成功消除了该共鸣音。

加速噪声；共振；辐射噪声；模态分析技术

0 引言

随着汽车的普及，噪声振动性能也逐渐成为一个备受关注的热点。汽车噪声振动问题不仅影响汽车的使用寿命，而且影响着汽车乘坐舒适性，也成为各大汽车商家竞争的标尺，引起各个汽车生产厂家的重视。因此噪声振动舒适性，即NVH(Noise, Vibration, Harshness)，也成为衡量汽车制造质量的一个综合指标。汽车NVH试验研究对于新车型开发和现有车型的性能改善都起着重要作用，其研究的内容主要包括整车及其零部件噪声振动目标值的标定、车辆噪声振动源识别、车辆噪声振动传递路径分析、车辆噪声振动源的贡献度分析、模态试验和声品质评价等。

现有某款新开发车型，该车进行全油门加速(Wide Open Throttle,WOT)时，在3 000～4 000 r/min出现明显共鸣音，严重影响驾乘人员的听觉感受，降低整车品质，故需要对该共鸣音进行分析与优化。

1 噪声源的排查与优化

1.1 噪声源主观评价

该车在全油门加速及驻车升速工况下，当转速到达3 000～4 000 r/min时，主观感觉驾驶员位置存在明显的共鸣音，该声音透过防火墙传递到车内，具有辐射噪声的特性，故问题排查主要从发动机舱能产生辐射噪声的部件入手，如排气歧管隔热罩、进气口、空滤器等。

1.2 噪声源客观数据采集

首先对车内噪声进行摸底测试，测试工况为3-WOT(3挡全油门)，测点位置为驾驶员右耳(以下称为驾右)，数据见图1—2。

该车在发动机转速3 000～4 000 r/min的噪声受两方面影响：(1)二阶次噪声；(2)280 Hz的共振带。需要通过声音回放确定主要贡献量。

通过声音回放滤波处理技术(见图3)，确定二阶次噪声对3 000～4 000 r/min共鸣音占据主导地位，这使得虽然该转速范围噪声值无明显峰值，但在某一转速下产生能量很高的单一频率声音，这是该车存在共鸣音的主要原因，故问题排查从二阶次噪声入手。

图2 3-WOT驾右噪声(colormap)

图3 声音回放滤波处理

首先对进、排气系统进行分析，发现该车排气歧管隔热罩是一种结构简单的大面积单层薄钢板部件，该部件具有成本低廉的优点，但表面刚度较弱，产生大的工作变形，具有向外辐射噪声的特性，与主观评价相符合，故首先进行了释放隔热罩的试验。测试数据如图4所示。

图4 原状态与释放隔热罩驾右噪声对比

释放隔热罩后，发动机转速3 000～4 000 r/min时驾右噪声下降1～4 dB(A)，主要是降低了发动机二阶次噪声，故将噪声源定为排气歧管子系统，包括排气歧管、隔热罩。因此对排气歧管子系统进行了约束模态测试，测点位置及测试结果如图5—7所示。

图5 隔热罩约束模态测点位置

图6 隔热罩约束模态测试结果

图7 隔热罩模态阵型图(118 Hz)

歧管子系统存在118 Hz模态频率，而发动机在3 000～4 000 r/min的二阶激励频率范围为100～133 Hz，该模态很容易被发动机激励激起，对激励产生放大作用。从图7可以看出：隔热罩在点2附近的变形量最大，当歧管子系统产生共振时，隔热罩点2区域会产生很大的工作变形，具有向外辐射噪声的能力。因此可以形成两种整改方案：(1)改变排气歧管支架，提高歧管子系统固有频率，避开发动机二阶激励；(2)提高隔热罩局部刚度，减小工作变形，抑制辐射噪声。

首先提高隔热罩局部刚度，主要在点2区域加筋，以及在点4区域增加约束，方案如图8所示。

图8 隔热罩修改方案

对隔热罩点2、4区域进行处理后，局部刚度明显增强，图9所示的点2区域的变形随之减小，从而抑制向外辐射噪声的能力，达到预期效果。接下来将该样件装车进行测试，测试结果如图10所示。

图9 隔热罩模态阵型图对比(118 Hz)

图10 优化前后驾右噪声对比

优化隔热罩后(对刚度偏低区域进行局部加强)，使得在3 000～4 000 r/min转速时车内噪声下降1～7 dB(A)，主观感觉前排共鸣音消失，达到了预期效果。由此可知共鸣音主要是由排气歧管子系统产生共振，使得隔热罩在刚度较小区域产生大的变形，向外辐射噪声，传递到车内引起的，路径如图11所示。

图11 车内噪声传递路径

2 总结

通过对排气歧管子系统进行模态分析可知，歧管模态被发动机二阶次振动激发，导致共振，该振动传递到隔热罩，使得隔热罩局部产生大变形，最终形成辐射噪声。对隔热罩进行局部加强后，车内噪声下降1～7 dB(A)，3 000～4 000 r/min的加速共鸣音消失，达到优化目的。故在整车设计中，应关注模态分布，避免共振出现，同时关注结构简单的大钣金结构。

[1]庞剑，何华.汽车噪声与振动-理论与应用[M].北京：北京理工大学出版社，2006：150-194.

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[3]杜功焕，朱哲民.声学基础[M].2版.南京：南京大学出版社，2001:186-240.

Optimization of Vehicle Accelerated Noise Based on Modal Analysis Technique

REN Xiaohui，LU Bing

(Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd.,Hefei Anhui 230091,China)

Clear resonance noise was founded in accelerate condition during development process of a new vehicle. This noise seriously affected person auditory perception.It was confirmed that the reason of resonance noise was radiated noise due to exhaust manifold resonance passed to the car.The resonance noise was successfully eliminated by strengthened exhaust manifold pipe system.

Accelerated noise; Resonance; Radiated noise; Modal analysis technique

2017-02-18

任晓惠(1987—)，女，学士，助理工程师，研究方向为车辆工程。E-mail：541173741@qq.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.07.009

U461.2

A

1674-1986(2017)07-034-03