某MPV三档滑行时车内噪声分析与控制

摘 要：某MPV变速箱档位为3档滑行时，发动机的转速处于2300RPM和3500RPM左右，座舱内出现轰鸣音，严重影响了驾乘舒适性。针对该问题，运用试验分析技术进行测试和分析，找出主要的影响因素。对这些主要的影响因素进行优化，并进行了方案验证。优化方案实施前后，3档滑行时车内轰鸣音得到显著的改善，达到了预期的目的。

关键词：滑行;轰鸣音;试验分析技术;方案验证;优化

0 引言

随着生活水平的日益提高，汽车成为生活中必不可少的交通工具;同时，人们对汽车乘坐舒适性的要求也越来越高。车内噪声不仅是影响驾乘人员舒适性、 车内人员的语言清晰度以及辨识车外各种声音信号能力的重要因素，而且车内声音环境可以最直观地反映乘坐舒适性、 体现汽车的品质，决定消费者购买与否的重要性能指标。因此，如何控制和改善车内噪声就显得尤为重要。

汽车生产厂家在设计整车性能时都非常重NVH 性能，NVH 性能包括振动、噪声、舒适性等[1]。由于国内NVH技术突飞猛进的发展，国产汽车的振动噪声的性能也得到很大的提升，并逐渐逼近或超过了进口汽车的NVH性能。在汽车研发过程中，对汽车的噪声性能进行研究分析，是必不可少的环节，本文重点对某MPV的研发过程中的整车滑行时车内噪声性能进行数据采集，并对其特征进行分析产生，制定出控制措施。

1 噪声样本数据采集

对车辆NVH特性的研究主要有两种方式：一种是CAE仿真技术，刘建华等针对某发动机在NVH测试中出现的振动问题，优化了油底壳，提升其固有频率，油底壳各端面频率响应峰值得到降低，极大得改善了油底壳振动性能[2];一种是试验分析技术， 吴文江等运用试验技术解决了某 CVT 车型在 D 档缓油门加速工况下发动机转速在3600RPM 附近时车内出现共鸣音的问题[3]。两种技术相辅相成，互为补充。在汽车市场飞速发展的今天，運用到汽车研发上的试验技术和试验标准也得到了大力的发展，并日臻完善。噪声测量是噪声评价、噪声控制方法和控制技术措施制定及其控制效果检测等一系列工作的基础[4]。噪声的特性更能反映出整车的车内NVH水平的好坏，深入透析车内噪声的特性，找出导致NVH问题的影响因素，制定相应的措施加以降低或消除。

LMS振动噪声数据采集分析系统的组成：安装有LMS测试软件的笔记本电脑一台、测试前端一台、噪声传感器1支、噪声信号线1条、转速信号传感器1支、转速信号线1条、网线1条。运用该数据采集分析系统，对该车辆在档滑行时的车内噪声数据样本进行收集，如图1所示。

从图1可以看出车内噪声约在4s和15s时，车内出现较大的共鸣音。由于共鸣音的出现，车内乘坐舒适性极大的降低，必须查明原因加以控制。

2 原因分析

2.1 轰鸣音产生的机理

汽车座舱是一个封闭的、充满空气的空间。空气会在封闭的座舱内形成许多振动模态，当封闭的座舱受到外界激励时，就会产生体积上不断的变化，与座舱内的空气声腔模态产生耦合作用。这种耦合的模态在外界激励的作用下，就会在座舱内产生很高的压力脉动，引起人耳的不适，甚至会出现头晕、恶心等症状，这种现象被称为轰鸣声（booming）。可见，共鸣声是在外界激励源的作用下，经过一些路径传递到车身，使车身钣金产生振动，并与座舱的声腔模态耦合而产生的结果。因此，要解决轰鸣噪声问题：首先要找到激励源，以确定激起声腔模态的频率;其次，找到传递路径，以确定激励通过什么途径进行传递。

2.2 车内轰鸣音原因分析

车辆从4200RPM带档滑行至1500RPM左右，具体如图2所示，当发动机转速为2300RPM左右和3500RPM左右，在座舱内出现两次较大的轰鸣音，轰鸣音的频率大约为77Hz和117Hz。图3为座舱内噪声的彩图，从彩图上可以看出，该车带档滑行时，车内的噪声主要为发动机的二阶发火频率。可以确定，动力总成的激励，是车内产生较大轰鸣音的原因。

2.3 原因分析

2.3.1 动力总成激励的传递路径

由于该MPV为后驱车型，车身为承载式车身，动力总成的激励通过以下三个途径传递给座舱：

（1）动力总成的激励，通过动力总成的悬置传递到车架引起车身的共振，而引起座舱的轰鸣。

（2）动力总成的激励，通过传动轴传递到传动轴的中间支撑，然后再传递到车身，从而引起座舱的轰鸣。

（3）动力总成的激励，通过传动轴传递到后桥，然后再通过板簧传递到车身，从而引起座舱的轰鸣。

引起座舱轰鸣音的传递路径可用图4进行简单的、清晰的表示。

2.3.2 模态试验分析

对2.3.1所述的路径中的关键件进行模态试验分析。首先，在整车上对传动轴进行约束模态测试分析，传动轴的模态如表1所列，从表中可以看出，传动轴的模态频率与激励频率并没有重叠或相近，传动轴不会产生共振。因而，座舱内共鸣音的产生，不是传动轴的激励引起的。

其次，在整车上对后桥壳体进行约束模态试验分析，具体的分析结果如表2所列，由于共鸣音的频率大约为77Hz和117Hz，因而后桥激励也不是引起座舱共鸣的原因。

从这模态的分析结果可以看出，传动轴的模态频率、后桥壳体的模态频率与共鸣音的频率相差较多，因此，后桥的振动不会引起座舱产生共鸣。

因而，第三条路径不是把激励传递到车身致使产生座舱共鸣音的传递路径。

2.3.3 传动轴中间支撑的振动试验分析

在传动的中间支撑上布置一个三向加速度计，在相同的工况下测试由于传动轴的激励导致其中间支撑的振动情况。具体测试分析情况如图5所示，传动轴的z向振动加速度最大，X向的振动加速度次之。而且传动轴的中间支撑三个方向的振动加速度，在2300RPM左右和3500RPM左右并没有出现较大的波动，因而，传动轴中间支撑的振动，并不是导致驾驶室在滑行时出现共鸣的原因。

2.3.4 动力总成悬置的隔振试验分析

由于2.3.2中已经把第二条路径和第三条路径排除了，可能致使座舱产生共鸣音的路径只有第一条路径。在上述设备的基础上再增加6个三向振动加速计，对动力总成的悬置隔振效果进行测试和分析，测试和分析的结果如图6至图8所示。

图6为右悬置的振动与发动机转速之间的关系图，从图中可以看出，右悬置三个方向减振效果比较好，三个方向的被动端振动加速度与其相对应的主动段振动加速度之间的比值一般小于，但是右悬置的被动端的悬置支架X向和Z向在2300RPM有共振现象。

图7为左悬置振动情况与发动机转速的关系，图中显示其Z向的减振效果要好于其他两个方向。其Y向的减振最差，在3800RPM以下基本没有减振效果。X向的减振效果较Y向好，但是被动端和主动端的振动加速度之比远大于，不能够满足悬置的减振要求，并且被动端的悬置支架X向在3500RPM左右存在共振现象。

图8为后悬置振动情况与发动机转速的关系，图中表明Y方向和Z方向的减振效果好。而X方向的减振效果较差，满足不了设计要求，并且被动端以2800RPM為中心的一个较大的转速带存在较大的振动，后悬置支架产生共振。后悬置Z向虽然减振效果较好，但是在2300RPM左右后悬置被动端支架存在共振现象。

其中图6至图8中，粗实线—悬置主动端振动加速度，细虚线—悬置被动端振动加速度。

3 方案验证

实施的措施主要有：

（1）对左悬置、后悬置的刚度进行了优化，降低了刚度提升减振效果;

（2）提高右悬置、左悬置以及后悬置等悬置的被动端的模态参数值。

对实施这些措施后的整车在3档滑行时的座舱内噪声进行收集和分析，具体如图9所示。从图中可以看出，方案实施后，2300RPM左右和3500RPM左右车内的轰鸣音改善较为明显。

其中，实线—为原状态车内噪声;虚线-方案实施后车内噪声。

4 小结

通过试验技术的测试和分析，找到了引起该车在滑行时在2300RPM左右和3500RPM左右车内产生轰鸣音的原因：

（1）右悬置被动端支架存在共振;

（2）左悬置的减振效果差，在3800RPM以下没有减振效果，被动端支架存在共振现象;

（3）后悬置的X向减振效果较差，满足不了设计要求;并且被动端支架在2300RPM存在Z向共振，在2800RPM左右存在X向的共振。

为了控制车辆在滑行时的轰鸣音的产生，优化传递路径中的影响因素，对悬置刚度和被动端悬置支架模态进行了优化。通过验证2300RPM左右和3500RPM左右的车内轰鸣音得到了显著的改善。

参考文献：

[1]胡小舟，林建平，胡巧声等.基于模态应变能及灵敏度分析白车身模态分析[J].机械科学与技术，2015，34（09）：1415-1418.

[2]刘建华，刘芳，陶丽芳，田入园，杨左文等.基于有限元的某发动机油底壳的NVH优化分析[J].内燃机，2019年4月第二期：17-21.

[3]吴文江 ，董红涛，刘佳.某车型轰鸣问题实验控制方法研究[J].测试试验，2019年第6期：120-123.

[4]吴胜举，张明铎.声学测量原理与方法[M].科学出版社，2018年1月第六次印刷：81-138.

作者简介：张永利（1974-），男，安徽蚌埠人，硕士研究生，高级工程师，主要从事整车及零部件的振动、噪声及声品质的控制与研究。