轿车低频轰鸣声控制中动力吸振器的应用

郜振海，李丽艳

（1.新乡职业技术学院，河南 新乡 453000；2.郑州理工职业学院，河南 郑州 450000）

1 车内噪音

汽车在运行的过程中，均存在不同程度的振动噪音。由于轿车的车窗壁板本身就具备振动的特点，再受到汽车内部封闭环境因素的影响，当车内封闭的乘坐室受到压缩的时候，空气的体积就会相应地产生变化，并具有极高的阻抗，从而与室内的壁板振动产生较强的耦合。

车内轰鸣声作为车内噪音的一种，就是通过汽车内壁板振动与声腔耦合所产生的，并且改轰鸣声具有升压极高、频带窄等特点，直接影响了汽车乘务人员的舒适性。在研究中发现，车内轰鸣声产生，必须要具备3个条件，即：封闭的空间、壁板结构振动与空腔声学模态产生的耦合、曾力现象。

2 车内低频轰鸣声特点和灵敏度分析

2.1 车内低频轰鸣声特点分析

以某品牌的新车为试验车辆，在试验的过程中发现，该车辆在3挡全油门加速时，发动机转速达到2000 r/min的情况下，后排就会出现明显的轰鸣声。为进一步对该汽车的轰鸣声进行实验，使该汽车在平直的道路上行驶，在行驶过程中，进行3挡全油门加速的时候，后排右侧的乘车人员通过麦克风对轰鸣声的数据进行测试。在测试的过程中发现，当车辆的发动机转速达到2040 r/min，低频轰鸣值出现明显的顶峰。进一步分析发现，发动机2阶振动是导致低频轰鸣的主要来源，消除车内低频轰鸣声必须采取相应的措施对其进行控制。

2.2 车内低频轰鸣声灵敏度分析

低频轰鸣声分析主要包括振动源、噪音源、传递路径和响应点四个方面。汽车在运行过程中会产生不同的声音。多种声音通过不同的路径传递进行声音重叠，从而形成了车内低频轰鸣声。因此，在解决车内低频轰鸣声的过程中，准确分析出声音的传递路径，并对其进行优化、改进，就可以对汽车的低频轰鸣声进行解决。在实验中分别对这三条路径进行实验，分析各个路径下的振动传递灵敏度。实验结果表明：当发动机转速达到2040 r/min时，汽车排气吊挂点和车身段悬置点未出现明显的峰值，并且振动也未出现明显变化，对数据进行分析可得知，汽车的排气系统对低频轰鸣声影响不大；而汽车的前悬置、变速器悬置、发动机悬置均存在良好的隔震效果，因此汽车被动端的振动可保持在0.3 m/s2以下；而汽车的后悬置点，由于该悬置点的被动端Z向存在较大的振动，是汽车低频轰鸣声的主要路径，尤其是当汽车发动机转速达到2040 r/min时，车内轰鸣声达到1.13 m/s2，达到了峰值的水平。

3 控制方法分析

结合汽车内低频轰鸣声的产生源、传递路径和响应点来分析，在控制时要遵循以下三个方面。

3.1 从噪声源上加以控制

从理论上来讲，只要将汽车发动机的输入振动量，进行适当的减少，就可以对车内低频进行有效的控制。但该控制方法在实施的过程中，存在一定的难度，不仅发动机改造成本大，且改造时间较长。因此，从噪声源上进行控制路径的可行性不大。

3.2 从传递路径上进行控制

从理论上来讲，只要将汽车内噪声传播的路径进行有效控制，即可实现控制车内噪声的目的。根据汽车噪声传播的路径，在具体控制过程中，可以对悬置采取隔震效果或者安装动力吸振器的方式，以达到减少振动的目的。根据实验分析，该控制方法可行性较高。

3.3 从汽车响应点进行控制

在具体控制的过程中，主要是通过对车身壁板结构振动与空腔模态的耦合情况进行避免，以达到改善车内轰鸣的目的。但该方法在具体应用的过程中，可行性较低。

4 动力吸振器分析

4.1 动力吸振器原理

从本质上来讲，动力吸振器就是一个弹簧质量系统，将其安装在汽车传递路径的主系统中，可以利用弹簧产生反作用力的原理，以达到减少物体振动的目的。通常，当汽车低频轰鸣声的振动力以单频的形式出现的时候，或者低频轰鸣声振动频率过小的时候，不建议采用振动器进行处理。为了进一步研究振动力的原理，特对其进行了相应的实验：汽车未装动力吸振器之前，在汽车激励的主系统下存在一个较大的噪声峰值。当安装上动力吸振器之后，其峰值出现大幅度的下降。并且汽车中原本的单自由度系统改变为二自由度系统，两个峰值中，一个低于原来峰值频率，一个高于原峰值频率。 从实验中不难发现，合理地安装和使用动力吸振器，可有效减少汽车主系统中出现的低频轰鸣声。

4.2 动力吸振器设计

在使用动力吸振器进行低频轰鸣声控制的过程中，为了使得低频轰鸣生控制效果更佳，必须要根据既定的工作频率，对吸振器的质量、刚度等进行调节，以达到预期的减震效果。通常，增加动力吸振器的质量，可以明显减轻汽车主系统的振动幅度，轰鸣声振动良好。同时，质量过大不仅会增加制造成本，同时也在一定程度上影响其使用寿命。一般来说，在对动力吸振器的质量进行调节的过程中，使其达到原系统质量的1/5～1/10为佳；另一方面，动力吸振器的弹簧部分主要构成物质是橡胶，在控制的时候，可对橡胶的大小IAO、厚度进行改变。橡胶件越大、越厚，其刚度越大；反之，刚度就会越小。在具体使用的时候，由于橡胶具有一定的寿命，经过多次的拉压之后，势必会产生非弹性形变，从而导致其刚度发生改变。因此在使用之前，必须要对橡胶的工作寿命进行实验。

4.3 实验验证

为了进一步验证动力吸振器的效果，将其装到实验汽车的前副车架后悬置点后，分别进行了锤击试验和整车道路实验。锤击试验主要是将用力捶朝+Z向对车前副车架后悬置处进行敲击，并对实验数据进行采集。经过实验数据分析，可以看出安装动力吸振器之后，之前的波峰降为波谷，振动得到了有效的控制；整车道路实验主要是在汽车实际运行状态下的后排轰鸣声测试，依然是在平直的水泥路面上，进行3挡全油门加速试验，结果发现安装动力吸振器之后，即便是当汽车发动机的转速达到2040r/min时，后排总升压级曲线仍然处于平缓，安装之前的峰值得到了有效控制；同时，在汽车发动机低转速的情况下，汽车的升压级曲线比安装之前有所上升，但总体均保持在60dB以下，且曲线较为平缓。

5 结 语

综上所述，针对该品牌汽车出现低频轰鸣声的现状进行了实验分析，找到导致汽车出现低频轰鸣声的主要路径为后悬置安装点。在此基础上，采用动力吸振器，利用动力吸振器弹簧质量系统，对车内低频轰鸣声的传递路径进行有效的控制，以达到减少轿车低频轰鸣声控制的目的。