基于TPNR的整车路噪声学性能优化

2020-05-12陈应航

盐城工学院学报（自然科学版） 2020年1期

徐驰，陈应航

(蚌埠学院机械与车辆工程学院，安徽蚌埠 233000)

路噪性能是整车振动噪声性能开发的重要组成部分，直接关乎用户体验和整车质量。迄今为止，针对不同频率的路噪问题，多采用消除结构振动源、优化传递路径的方法改善低频路噪表现；采用优化整车声学包的方法改善高频路噪表现[1-2]。

声学包方案有效性验证多采用数值仿真法或试验测试法，后者结果更加直观，数据更易分析。邓江华等[3]采用隔声窗研究了整车防火墙在不同泄露量、不同材料覆盖率、不同材料密度下对声学包隔声效果的影响；杜爱民等[4]研究了发动机声激励下的车内高频声学特性，甄别出前围钣金上的隔声薄弱点；卢兆冈等[5]研究了机械激励下板件声学包装对中频插入损失的影响，提出采用均匀质量层可达到最好的隔声效果。

上述研究成果多集中于隔绝发动机中、高频噪声，对高频路噪的隔绝未有涉及。本文针对汽车行驶过程中轮胎对车内产生的中、高频辐射噪声问题，应用轮胎接地点噪声衰减量测试(Tire Patch Noise Reduction, TPNR)方法量化整车路噪声学包性能；在此基础上，对某车A柱和前门槛的钣金面上孔洞、行李箱门槛护板、C柱侧护板内空腔实施声学包优化，通过TPNR测试结果验证方案有效性，并进行道路动态验证。

1 理论和方法

1.1 隔声理论

噪声衰减量LNR是衡量隔声性能好坏的指标之一，在工程中可用它来表述声音从被测部件一侧传递到另一侧的能量损失，即被测部件对声音的隔绝程度，其计算公式为：

LNR=LS-LR

式中：LS为入射侧声压级，dB；LR为透射侧声压级，dB；LNR为隔声量，dB；。

1.2 TPNR测试方案

为研究整车路噪声学包性能，分析声学包优化方案对轮胎至人耳处噪声衰减量的提升效果，本文通过TPNR试验获得某车定置状态下人耳至轮胎传递路径噪声衰减量的1/3倍频程功率谱，提出并验证声学包优化方案。试验设备及试验方法如下：

(1)试验样车

本次试验样车为某紧凑型5门5座SUV乘用车。该车配备1.5T涡轮增压发动机和双离合自动变速箱，发动机前置前驱，整车长度、宽度、高度依次为4 470 mm、1 837 mm、1 670 mm，轴距为2 670 mm。

(2)试验环境

整车半消声试验室，可屏蔽外界环境对试验过程中的噪声干扰。实验室具备温、湿度调节功能，整个试验过程均在温度为20 ℃、相对湿度为60%的恒温恒湿环境下进行。

(3)试验仪器

数据采集前端、功率放大器、传声器、中高频体积声源(模拟轮胎辐射噪声)，分别如表1所示。

表1试验仪器表
Table1List of the experimental equipment

仪器公司型号数量数据采集前端SiemensLMS-SCM051功率放大器SiemensQ-AMP1中高频体积声源SiemensQ-MHF1传声器PCB378B023

(4)试验测点

试验中传声器布置测点为：驾驶员左耳(DLE)、后排左侧乘客左耳(RLL)、声源口(Source)外侧50 mm处。

(5)试验过程

将中高频体积声源锥形头与扁筒采用橡胶管紧密连接后，将扁筒先后安放在左前轮和左后轮的下方，声源沿整车坐标系X轴方向，由车前指向车后，如图1所示。中高频体积声源发出宽频白噪声，在上述3个测点处分别采集声压信号，并根据下式计算TPNR值。

TDLE=LSource-LDLE

TRLL=LSource-LRLL

式中：TDLE、TRLL分别表示驾驶员左耳和后排左侧乘客左耳处的TPNR值，dB；LDLE、LRLL、LSource依次代表驾驶员左耳、后排左侧乘客左耳和声源处的声压级，dB。

需要指出的是，声源安放位置可以是在左前轮下方，也可以是在左后轮下方，最终位置需根据验证方案在整车上的位置确定。例如，在验证后备箱实施的声学包方案时，应将声源放置在更接近该位置的后轮，关注测点则是更接近后备箱的后排测点RLL。为保证试验结果的准确性和可比性，每轮试验均采集8组稳定数据，求取平均值作为最终结果，且方案实施前后测点和声源的位置均不变。

对于TPNR验证有效的提升方案，需要进一步进行道路动态测试以确保方案有效。本文在粗糙沥青路上，采用某紧凑型SUV乘用车，利用路噪评价中常用的60 km/h、80 km/h匀速工况进行车内噪声动态测试，确定声学包优化方案前后的路噪水平。

2 TPNR测试结果及分析

采用TPNR试验依次对某紧凑型SUV乘用车A柱及前门槛的钣金孔密封方案、后备箱门槛增加吸音棉方案和C柱下护板内空腔阻隔方案进行验证。TPNR试验对环境变化有一定的敏感性，因此在每次方案实施前都需要重新测定样车原状态(Baseline)的TPNR曲线，以保证2次测试数据间具有可比性。

图1 TPNR测试示意图Fig 1 Schematic diagram of TPNR test

2.1 A柱和前门槛的钣金孔密封方案

为检测驾驶室高频路噪表现，分别对某车前门槛(图2)和A柱(图3)的钣金孔进行密封，将与中高频体积声源锥形头紧密连接后的扁筒安放在左前轮下方，测量驾驶员左耳(DLE)的声压信号，得到前门槛与A柱的钣金孔封堵前后，TPNR随频率变化的1/3倍频程功率谱曲线，分别如图4、图5所示。由图4可以看出，在前门槛钣金孔封堵后，TPNR值在630～3 150 Hz的频率范围内有所提升；由图5可以看出，在A柱的钣金孔封堵后，TPNR值在1 000～2 000 Hz的频率范围内具有提升效果，在1 250 Hz处提升量达到2.8 dB，改善效果明显。

2.2 后备箱门槛增加吸音棉方案

为检测后排乘客处的高频路噪表现，在后备箱门槛护板处增加吸声棉(图6)，将与中高频体积声源锥形头紧密连接后的扁筒安放在左后轮下方，检测后排左侧乘客左耳(RLL)的声压级，得到后备箱门槛护板增加吸音棉前后，TPNR随频率变化的1/3倍频程功率谱曲线，如图7所示。由图7可知，TPNR值在800～1 600 Hz、2 000～5 000 Hz的频率范围内均有小幅度提升。

图2 门槛钣金孔洞封堵Fig 2 Door sill sheet metal hole plugging

图3 A柱钣金孔洞封堵Fig 3 A-pillar sheet metal hole plugging

图4 前门槛钣金孔洞封堵对TPNR的影响Fig 4 The influence of front door sill sheet metal hole plugging on TPNR

图5 A柱下钣金孔洞封堵对TPNR的影响Fig 5 The influence of hole plugging of sheet metal under A-pillar on TPNR

图6 后备箱门槛加吸声棉 Fig 6 Add sound absorbent cotton to the door sill of the trunk

2.3 C柱护板内空腔阻隔方案

为检测后排乘客处的高频路噪表现，在C柱下护板空腔内增加阻隔海绵块，用泡棉封堵中间层钣金处减重孔(图8)，将与中高频体积声源锥形头紧密连接后的扁筒安放在左后轮下方，检测后排左侧乘客左耳(RLL)的声压级，得到C柱护板内空腔阻隔方案前后，TPNR随频率变化的1/3倍频程功率谱曲线，如图9所示。由图9可知，TPNR值在250～4 000 Hz的宽频率范围内有明显提升，而在1 250～3 150 Hz的频率范围内提升最为明显，均可达到2 dB以上。

经过与上述两个方案的比较，可以发现该方案提升效果更为显著。

图7 后备箱门槛加吸声棉对TPNR的影响Fig 7 The effect of adding sound absorbent cotton to the doorsill of trunk on TPNR

图8 C柱护板空腔内阻隔Fig 8 Barrier in the cavity of C-pillar guard board

图9 C柱护板空腔内阻隔方案对TPNR的影响Fig 9 The influence of C-pillar guard board in cavity barrier scheme on TPNR

2.4 三套方案综合实施前后总体结果对比

图10是上述三套方案同时实施前后，TPNR随频率变化的1/3倍频程功率谱曲线。对于驾驶员位置和后排乘客位置，分别采用左前轮(LF Wheel) 到驾驶员左耳(DLE)和左后轮(LR Wheel) 到后排左侧乘客左耳(RLL)的TPNR曲线量化声学包的提升效果。由图10可以看出：前排TPNR曲线在200～6 300 Hz的宽频率范围内有全面提升，各个频段的提升效果在2 dB以上；后排TPNR曲线在250～500 Hz和800～6 300 Hz的宽频率范围内有明显提升。

3 道路动态测试结果验证

TPNR测试结果表明，上述3组声学包提升方案对轮胎至驾驶员与后排乘客的隔声效果有改善作用。为验证上述方案在整车运行工况下的隔声效果，在晴朗无风环境下采用路噪评价中常用的60 km/h、80 km/h匀速工况下，分原状态和提升后状态两轮进行车内噪声试验，以评价声学包的动态提升效果。测试路面为粗糙沥青路，测试路段长度为2 km，测点为驾驶员左耳(DLE)和后排右侧乘客右耳(RRR)；每轮试验均采集5个往返的试验数据，在保证数据稳定性的前提下，以平均值作为实验结果，得到声学包提升前后，DLE、RRR测点处声压级随频率变化的1/3倍频程功率谱曲线，如图11、图12所示。由图11可以看出：在60 km/h匀速工况下，DLE处声压级在800～6 300 Hz的宽频率范围内有明显下降，且在高频处更为明显；RRR处声压级在200～6 000 Hz的宽频率范围内也有明显下降，且在2 000 Hz处下降最大，达到4.4 dB。显然方案实施对前后排的中、高频路噪提升效果明显。

a 左前轮到驾驶员左耳b 左后轮到后排左侧乘客左耳图10 总体实施方案对前、后排TPNR的影响Fig 10 The impact of the overall implementation program on TPNR in front and back rows

由图12可以看出：在80 km/h匀速工况下，DLE处声压级在1 250～3 150 Hz的宽频率范围内有明显下降；RRR处声压级在200～6 300 Hz的宽频率范围内也有下降，且在2 000 Hz处下降最大，达到4.2 dB。显然方案实施对后排中、高频路噪提升效果明显，对前排的改善效果较弱。可能是因为在80 km/h的匀速工况下，前排风噪声的增强一定程度上抵消了路噪的改善。