动力总成悬置隔振性能与车内噪声相干性分析

陈 克,毛书林,阳思远

(沈阳理工大学 汽车与交通学院,沈阳110159)

辽宁省教育厅科学研究资助项目(LG201618)

陈 克(1965—),男,教授,博士.E-mail:chen_ke@163.com

动力总成悬置隔振性能与车内噪声相干性分析

陈 克,毛书林,阳思远

(沈阳理工大学 汽车与交通学院,沈阳110159)

为研究动力总成悬置振动对车内噪声的影响,以某国产轿车为研究对象,在怠速工况下对动力总成悬置振动和车内噪声进行测试.基于相干性理论,对动力总成悬置振动频谱图和车内驾驶员右耳位置噪声频谱图比较分析,找出影响车内噪声的悬置及其对车内噪声影响较大的传递方向.结果表明,动力总成悬置隔振性能与车内噪声相干性很好,尤其是左侧悬置Z方向的振动对车内噪声的影响最大.

动力总成; 悬置系统; 车内噪声; 怠速; 相干性

车内噪声决定了汽车的品质.车辆在行驶过程中,路面激励产生的噪声、空气噪声、轮胎噪声和发动机的振动都会造成车内噪声.就怠速工况而言,发动机运转时产生的振动通过悬置传至副车架,再传至车身,进而引起车内噪声.车内噪声从传递路径上可大体分为2类:由车身的孔隙传播到车身内的噪声,即空气噪声;由悬置系统和排气系统吊耳引起车身振动而产生的噪声,即结构噪声[1-3].目前,为了降低动力总成振动激励对车内的传递,减小车内噪声,通常采用传递路径的方法进行了车内噪声源的识别,确定具体的振源,优化动力总成悬置,降低怠速时整车振动[4-6].

本文通过对动力总成悬置系统振动加速度和驾驶员右耳位置的噪声进行测试,应用相干性理论分析动力总成悬置振动加速度频谱分布图与噪声频谱分布图,研究动力总成悬置系统对车内噪声的影响,并识别出影响车内噪声的悬置及对车内噪声影响较大的传递方向,对悬置设计提出行之有效的改进方案,以便提高动力总成悬置系统的隔振性能,减小振动传递,降低车内噪声,达到提高车辆乘坐舒适性的目的.

1 动力总成及悬置系统振动加速度测试

1.1实验方法

发动机振动属于6自由度的振动系统,主要存在3类振源:倾覆力矩、离心惯性力和力矩、往复惯性力和力矩.本次试验采用测量3个悬置处加速度的方法,来评价动力总成悬置系统的整体隔振效果.试验车辆为3点悬置,在靠近悬置的两侧布置加速度传感器:一侧为主动侧,即靠近发动机的一侧;另一侧为被动侧,即靠近车架一侧.

试验工况:在车辆怠速工况下进行热车试验,在试验过程中变速器挂空挡,拉上手刹,结合离合器,车门和车窗关闭,车内乘坐一名驾驶员,待发动机转速稳定后600 r/min时开始进行测试.试验仪器:24通道LMS噪声振动测试仪,三向加速度传感器,声压传感器.

1.2悬置主、被动侧振动加速度测试

图1为加速度传感器的布置.图2～图4为3个悬置主动侧3个方向的加速度自功率谱.从3组图中可以发现,动力总成在3个方向上的振动加速度的信号都大约在20 Hz,即发动机激振频率处出现最大峰值,在动力总成系统的激振频率附近，由于动力总成受到被迫振动和自由振动,加速度变化的幅值非常大,而后趋于稳定.但对于左悬置点来说,在非激振频率范围内,动力总成悬置系统主动侧仍然会出现幅值较小的加速度信号波动,就动力总成系统的整体而言,系统在Z方向上的振动加速度较突出,可认为怠速工况下,动力总成Z方向上的振动是影车内噪声的主要方向.

图1 左悬置处加速度传感器的布置Fig.1The location of the accelerationsensor in the left mount

由于动力总成悬置在Z方向上的加速度值较其他两个方向非常明显,故悬置被动侧加速度只给出Z方向的频谱图.图5为左悬置、右悬置和后悬置被动侧(车架处)加速度频谱图,加速度最大峰值如表1所示.

图2 左悬置主动侧加速度频谱图Fig.2 Acceleration spectrum of left mount active side

图3 右悬置主动侧加速度频谱图Fig.3 Acceleration spectrum of right mount active side

图4 后悬置主动侧加速度频谱图Fig.4 Acceleration spectrum of rear mount active side

图5 悬置被动侧Z方向加速度频谱图Fig.5 Acceleration spectrum of mount’s passive side in Z direction表1 主动侧和被动侧Z方向加速度-频率表Tab.1 Acceleration-frequency of driven and passive side in Z direction

位置主动侧峰值加速度/(m·s-2)主动侧最大峰值频率/Hz被动侧峰值加速度/(m·s-2)被动侧最大峰值频率/Hz左悬置1．57919．680．47720．33右悬置1．27420．600．18320．50后悬置1．37519．620．17819．78

隔振效果好的悬置系统可以有效地减少发动机振动传递到车身.按照一般规则,悬置被动侧的最大峰值应该小于悬置主动侧最大峰值的1/10[7].对3个悬置的Z方向进行隔振性能评价,由表2可知,左悬置在Z方向上的隔振性能是3个悬置中表现最差的,相对于其他2个悬置,应着重左悬置的优化以降低振动向驾驶室内传递.

表2 动力总成悬置系统隔振性能分析Tab.2Vibration isolation performance analyzationof power-train mount system

为了方便之后的悬置被动侧振动和车内噪声的相干性分析,对悬置被动侧的加速度频谱图在LMS分析软件中进行Waterfall处理,图6为动力总成振动3个悬置的被动侧振动加速度频谱云图.由图6(a)～(c)可知,3个悬置之间的振动加速度是相互关联的,在大约20 Hz左右处(发动机怠速工况下激振频率)出现加速度峰值.

2 车内噪声测试

在驾驶员右耳的位置布置声压传感器,如图7所示.试验工况同上述试验一致,图8为驾驶员右耳位置的噪声频谱分布图,大约在20 Hz时出现较为集中的噪声,峰值噪声为50 dB左右.

3 悬置系统振动与车内噪声的相干性分析

相干性分析可以反映出振动加速度与噪声2个信号之间的相关程度.提取噪声信号与汽车某个部件近场噪声或振动速度信号之间的相干函数,从而判断噪声是否来源于该总成或部件,进而实现噪声源的识别[8].

图6 3个悬置处振动加速度瀑布图Fig.6 Acceleration waterfall plot of three mounts

图7 声压传感器的布置Fig.7 The location of the sound pressure sensor

图8 驾驶员右耳噪声瀑布图Fig.8 Noise waterfall plot of driver’s right ear position

由图6悬置被动侧振动加速度频谱分布云图与图8驾驶员右耳噪声频谱分布云图进行相干性分析,可以直观地发现3个悬置被动侧的振动加速度与驾驶员右耳噪声的相干性很好,尤其在发动机激振频率20 Hz处,驾驶员右耳处噪声达到峰值.通过观察图6中的瀑布图,可初步断定发动机的激振频率是引起驾驶员右耳噪声的主要原因,为了找出对驾驶员右耳噪声影响较大的悬置位置,进行相干贡献量的计算分析.

自功率谱密度Sxx(ω)的公式为

(1)

互功率谱密度Sxy(ω)的计算公式为

(2)

2个信号之间的影响程度可用相干函数来表示:

(3)

当相干函数小于1时,输出信号不是完全由输入信号产生,存在其他输入信号的影响;相干函数越接近1,说明输出信号受其他信号影响较少;当相干函数等于1时,输出信号完全是由输入信号产生的.

就汽车噪声而言,车内噪声属于单输出多输入系统,为了排除干扰的输入信号,可用相干功率谱来分析,相干功率谱Sjif表示在频率f的一个近场噪声信号x(t)对于接收点噪声信号y(t)的影响程度和能量贡献大小.其计算公式为

(4)

整个频率段下输入的贡献量βi为[9]

(5)

根据式(4)和式(5)计算,得到车架处振动加速度和驾驶员右耳噪声的相干贡献量,如表3所示.很明显地可以看出,左悬置被动侧的贡献量要多于其他2个悬置的被动侧贡献量,且左悬置的隔振效果最差.初步确定,在怠速工况下驾驶员右耳位置噪声主要原因是动力总成振动引起的,其中影响较大的因素是左悬置点.

表3 激振频率下的相干贡献量Tab.3 Contribution of correlation for vibration frequency

表3所计算的是激振频率下各个悬置对驾驶员右耳位置噪声的相干贡献量,对实验获得的怠速工况下信号,动力总成系统悬置处的Z方向的振动加速度与车内驾驶员右耳位置噪声的相干曲线图,可获得整段频率范围的相干系数曲线,如图9(a)～(c)所示.由图9所示,在怠速工况下,动力总成悬置各个测试点与车内驾驶员右耳的偏相干系数0～40 Hz,60～80 Hz,120～200 Hz之间出现了较为明显的变化,各个悬置被动侧的峰值出现在20 Hz左右处,即发动机的激振频率处.在60～80 Hz和120～200 Hz之间,相干系数也出现了峰值情况,在怠速工况的其他转速下,也进行了相同的实验.结果均表明,动力总成后悬置处被动侧振动与车内驾驶员右耳位置噪声相干性最大,右悬置被动侧振动与后悬置被动侧的振动次之.由于篇幅限制,本文只对针对怠速工况的一种情况进行阐述.可以推断,怠速工况下,车内驾驶员右耳位置噪声较大的原因是悬置较差的隔振性能引起的,其中左悬置的隔振性能在3个悬置中表现最差.

图9 悬置Z方向加速度-车内噪声相干函数曲线Fig.9 Coherence curve of acceleration-interior noise of three mounts in Z direction

4 结语

利用相干性分析原理,提取噪声信号与汽车动力总成振动加速度信号之间的相干函数,从而计算出动力总成悬置振动对车内噪声贡献量大小,进而实现噪声源的识别.

在怠速工况下,对动力总成悬置系统的振动加速度和驾驶员右耳噪声测试,获得了3个悬置主被动侧的加速度及车内噪声;通过对被动侧振动加速度频谱图与驾驶员右耳噪声频谱图进行相干性分析,被动侧振动加速度与驾驶员右耳位置噪声的相干性一致,计算各个悬置点的相干贡献量,左悬置Z方向对车内噪声影响最大,其贡献达到63.4%.因此,应着重分析和优化动力总成的左悬置,增加悬置Z方向的刚度来增加隔振性能,以提高整车的乘坐舒适性.

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Coherenceanalysisonvibrationisolationperformanceofpower-trainmountingandvehicleinteriornoise

CHENKe,MAOShulin,YANGSiyuan

(School of Automobile and Transportation,Shenyang Ligong University,Shenyang 110159, China)

In order to study the effect of power-train mount vibration on vehicle interior noise,taking a domestic vehicle as a study object to test its power-train mount vibration and interior noise under idling condition.Based on the theory of coherence,the effects of the power-train mounts and its vibration transfer direction on vehicle interior noise were determined by analysis the vibration spectrum of power-train mount and spectrum of vehicle interior noise in driver’s right ear position.The results show that the coherence is positive between vibration isolation performance of power-train mount and vehicle interior noise,especially the left mount in theZdirection has the most influence on interior noise.

power-train; mounting system; vehicle interior noise; idling condition; coherence

U 461.4

A

1672-5581(2017)04-0354-05