基于声腔隔断的某车型后排轰鸣声改善研究

2020-05-07孙召杰马玉婷赵晶宝安孝文SunZhaojieMaYutingZhaoJingbaoAnXiaowenZhouTao

北京汽车 2020年1期

孙召杰，马玉婷，赵晶宝，安孝文，周涛 Sun Zhaojie，Ma Yuting，Zhao Jingbao，An Xiaowen，Zhou Tao

基于声腔隔断的某车型后排轰鸣声改善研究

孙召杰，马玉婷，赵晶宝，安孝文，周涛 Sun Zhaojie，Ma Yuting，Zhao Jingbao，An Xiaowen，Zhou Tao

（中国第一汽车股份有限公司研发总院汽车振动噪声与安全控制综合技术国家重点实验室，吉林长春 130013）

某车型在加速工况、车速90～110 km/h、发动机转速1 600～1 900 r/min范围内，存在60 Hz左右的后排低频轰鸣声问题。通过模态分析、面板贡献量分析及NTF[2] （Noise Transfer Function，噪声传递函数）分析等仿真分析及试验手段，从传递路径方面，提出车身后轮罩处声腔填充隔断材料方案，有效地降低了车内后排轰鸣声。

轰鸣声；模态分析；NTF；声腔隔断

0 引言

乘用车白车身大多由钢板冲压焊接而成，具有自身结构的整体模态和局部模态。车内空腔作为弹性体具有多阶空腔模态，在低频范围内与车身钣金结构振动耦合，产生耦合模态。这种低频耦合模态在激励作用下，在车内产生很高的压力脉动，引起不适感，这种现象称为轰鸣声[1-3]。

通过模态分析、面板贡献量分析及NTF[3] （Noise Transfer Function，噪声传递函数）分析等仿真分析及试验手段，从传递路径方面，提出车身后轮罩处声腔填充隔断材料方案，有效地降低了车内后排轰鸣声。

1 后排轰鸣声现象

发动机在某些特定转速工况下，车内产生轰鸣声，轰鸣声是一种在窄频段内相对较高能量的噪声，会给驾驶员和乘客带来不舒适感，甚至头晕恶心。目前市场上用户对汽车的NVH（Noise，Vibration，Harshness，噪声、振动与声振粗糙度）水平要求越来越严苛，因此车内轰鸣声的控制显得格外重要[1，4]。

某车型加速行驶时，后排乘员感受到强烈压耳的轰鸣声。通过客观测量，在6挡加速工况下，车速90～110 km/h、发动机转速1600～1900 r/min范围内，车内存在60Hz左右的低频轰鸣问题，如图1所示，亟待解决。

图1 某车型6挡加速工况车内后排2阶噪声测试结果[4]

2 后排轰鸣声传递路径分析

解决NVH问题主要从激励源、传递路径、响应等3个方面进行。激励源主要是发动机激励和路面激励；传递路径主要是悬置系统、进排气系统、传动系统、车身结构等[5]；响应主要表现为车身钣金与声腔耦合作用，在人耳处产生声压，如图2所示。

图2 后排轰鸣声传递路径分析

在进行车身结构设计时，车身的立柱、轮毂包及侧围等区域会形成很多相互连续的空腔结构，即旁路空腔[6]。这些空腔不仅影响整车气密性、空气声传播及结构声传播，而且影响与车身钣金之间的耦合关系；因此，对车身空腔进行隔断不仅能提升气密性水平，还能抑制噪声传递，提高整车 NVH 水平[7]。在量产车型的NVH问题解决过程中，受限于成本及时间因素，可通过附加措施找到快速优化途径，主要研究后侧围附近空腔结构优化。

2.1 模态分析

振动模态是弹性结构固有的特性，通过模态分析可了解车身结构在特定频率的振动特性。对某车型进行仿真和试验分析，后侧围外板和后轮罩外板区域都存在60Hz附近的结构模态和声腔模态，如图3所示。

图3 后轮罩外板局部模态60.5 Hz（全饰车身CAE）

2.2 面板贡献量分析

当外界激励通过车身结构对车内噪声产生影响时，车身面板（前围板、地板、顶盖、侧围板、车门板、行李厢板等结构）的动态特性和空腔声学特性都会影响车内噪声[6]。面板振动会引起附近空气的运动，面板的体积速度施加到声腔上，在人耳处形成声压。

建立某车型全饰车身模型及25个面板模型，如图4所示。经试验分析，某车型后排轰鸣声的主要激励来源于排气系统和传动系统；因此主要分析后排气吊钩连接点和后副车架连接点激励作用下25个面板到车内右后外耳的声学贡献量。后排气吊钩连接点激励下，在60Hz附近后备厢盖后部以及左、右后轮罩区域对车内后排乘客外耳噪声贡献量较大，如图5所示。后副车架连接点激励下，在60Hz附近顶盖后部以及左、右后轮罩区域对车内后排乘客外耳噪声贡献量较大，如图6所示。

图4 面板模型（25个）[6]

图5 全饰车身后排气吊钩连接点激励下60 Hz处面板对车内右后外耳声学贡献量[C7]

图6 全饰车身后副车架连接点激励下60 Hz处面板对车内右后外耳声学贡献量

由以上分析初步判定：在60 Hz附近后轮罩区域局部模态与声腔模态耦合是车内轰鸣声的原因之一。

后轮罩外板受限于焊序、夹具设计工艺及成本周期等因素，更改性价比低。在后轮罩区域空腔应用声腔隔断措施，更具有工程可行性。

3 声腔隔断措施验证

3.1 声腔隔断措施

吸声材料的吸声作用是乘用车重要的降噪措施。吸声材料一般具有立体网状连续多孔结构，能有效降低声音在材料内部的传播能量。吸音棉作为声学包常用材料之一，能有效填充后轮罩区域的空腔，也起到了隔振和吸声的作用[8]。

3.2 优化措施仿真分析

模拟后轮罩区域填充声腔隔断，如图7所示，分别进行NTF分析和面板贡献量分析，用来确认最佳实施方案。优化后各激励点到右后外耳的NTF、左侧C柱及后侧围附近结构到右后外耳的贡献量在60Hz附近都有所降低，如图8、图9所示。外界激励不变的情况下，声腔局部修改相当于优化了声传递函数，人耳处的声压产生变化。

图7 全饰车身后轮罩区域优化前、后对比

图8 后排气吊钩右外固定点Z向NTF曲线[C8]

图9 左后侧围附近结构到右后外耳的贡献量[C9]

3.3 声腔隔断方案试验验证

某车型后轮罩区域空腔内填充隔断材料后如图10所示，在6挡加速（80 km/h加速到140 km/h）工况下，分析1 800 r/min附近后排2阶噪声变化，如图11所示，通过试验验证后轮罩空腔最佳优化方案。

图10 某车型后轮罩区域填充隔断材料方案

图11 填充隔断方案右后外耳处2阶噪声结果[C10]

根据后轮罩区域空腔大小以及成本周期，从常用的汽车声学包材料中选用面密度为2400g/m2的PET[C11] （Polyethylene Terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯）吸音棉（图12）。PET吸音棉成型好重量轻，可有效填充后轮罩外板和后侧围之间的空腔区域，且行李厢侧护面安装后能有效固定其位置。

通过整车试验验证最终方案，6挡加速（90km/h加速到100km/h）工况下，在1800 r/min附近后排2阶噪声下降1.1dB（A），车内后排轰鸣声有效降低。