SUV车内轰鸣噪声的分析与优化

刘涛，蒋兵，张军，木标，王诗虎

(奇瑞商用车(安徽)有限公司，安徽芜湖 241000)

0 引言

噪声、振动与声振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness，NVH)性能作为汽车乘坐舒适性的重要组成部分，近些年来越来越受到消费者和主机厂的重视。因此，汽车开发过程中整车NVH性能提升成为重要工作。轰鸣声是整车NVH性能的重要评价指标，其频率范围通常为20～200 Hz,属于低频噪声，在车内会产生很高的压力脉动，容易给驾乘者带来主观感受上的不适感，引起客户抱怨。因此，车内轰鸣声必须得到解决。

目前国内外关于车内轰鸣声的研究较多。OH等[1]从响应灵敏度分析来改善车内轰鸣声。杨小超等[2]提出通过加装动力吸振器抑制车身板件振动，改善起步车内轰鸣声问题。赵静等人[3]提出采用加强顶棚刚度来改变顶棚结构振动的固有频率并抑制其振幅的方法，通过消除声振耦合作用来抑制车内轰鸣声。王海涛等[4]提出通过提高车身地板局部刚度改变结构振动固有频率，避免地板结构振动和声腔模态耦合的方法改善车内轰鸣声。严辉等人[5]通过优化前围与前风挡玻璃支撑刚度，降低车身振动，有效缓解高转速下车内轰鸣声问题。上述研究工作大多是从抑制车内响应和优化传递路径来控制车内轰鸣声，除了从优化传递路径及抑制车内响应来控制车内轰鸣声之外，从激励源的角度出发也可以有效改善车内的轰鸣声，但是目前从这方面开展的研究及应用工作较少。本文作者针对某SUV 开空调起步蠕行过程中车内存在轰鸣声的问题，从优化激励源的角度出发，通过标定策略优化调整起步蠕行过程中发动机的工作转速，避开轰鸣转速点，主观评价车内轰鸣声得到明显改善，提升了整车驾乘舒适性，为快速解决车内轰鸣声提供了一种新的思路。

1 轰鸣声产生机制介绍

车辆驾驶舱的壁板不是刚性的，是由钢板冲压焊接而成的，具有自身结构的振动模态。空气作为弹性体在乘坐室封闭的空腔体内会形成许多的振动模态和声腔模态。当腔体内的空气受到压缩时，会发生体积变化，与乘坐室壁板的结构振动在低频范围内有很强的耦合作用。这种低频的耦合模态在激励下如果响应很大，便会在车内产生很高的压力脉动，引起驾乘人员的不舒适感，这种现象被称为轰鸣声(Boom)[6]。轰鸣声属于低频噪声，频率范围通常在20～200 Hz之间，普遍存在于车辆起步蠕行、怠速、匀速、加速和减速等驾驶工况，动力总成、传动系统、排气系统以及不平路面激励等因素都是车内轰鸣声产生的激励源。

2 问题描述

某SUV车型在上市前期综合主观评价中发现，车辆热机后，D挡开空调从静止起步至蠕行过程中发动机转速在1 000 r/min附近车内存在较大且时间维持较长的低频轰鸣声，在拥堵的城市工况，汽车起步蠕行工况为客户常用工况，该过程车内存在轰鸣声将严重影响驾乘舒适性，极易引起客户抱怨，因此车辆上市前该轰鸣声必须解决。

3 原因分析

根据主观评价团队反馈的问题，采用对比主观评价手段识别出车内低频轰鸣声与发动机转速相关，详见表1。

表1 对比评价法主观评价方案及结果

为明确车内低频轰鸣声的特征，对问题样车开展了NVH客观测试，在车内驾驶员右耳布置了麦克风，同时同步记录采集了发动机转速信号，测试工况为热机开空调，车辆D挡从静止起步至蠕行过程，重复3次。测试结果如图1和图2所示。

图1 车内驾驶员右耳噪声彩图

图2 起步蠕行过程发动机转速时域信号

结合图1和图2可以看出，开空调D挡起步阶段发动机转速从780 r/min上升至1 000 r/min左右并随后振荡下降，发动机转速维持在1 000 r/min附近进入蠕行；从车内噪声来看，随着发动机转速的上升车内二阶噪声能量显著增加，在1 000 r/min左右达到最大，由于此时车速较低，背景噪声较小，车内低频噪声极易引起车内乘员的轰鸣感抱怨。

为进一步明确车内低频轰鸣声产生的原因，结合轰鸣声的产生机制及工程开发经验开展了屏蔽排气系统的试验。对比试验结果表明，排气系统屏蔽后车内二阶轰鸣峰值降低8 dB(A)左右，主观评价可以接受，测试结果如图3所示。

图3 排气屏蔽前后车内二阶噪声对比

综上分析可以看出，D挡开空调起步蠕行车内低频轰鸣声主要与排气系统及起步蠕行过程中发动机转速相关。

4 改进措施及效果验证

通过优化排气系统可以达到解决车内轰鸣声的目的，但由于此时优化排气系统已不满足项目开发周期，结合上述给出的车内低频轰鸣声的影响因素，因此考虑通过标定优化起步蠕行过程中的发动机转速，从激励源的角度避开车内的轰鸣转速点，进而达到改善车内轰鸣声的目的。表2给出起步蠕行过程中发动机转速与水温及大气压力的基础Map，表格中左侧为发动机水温，上部为大气压力，中部为发动机转速。大气压力90 kPa,发动机水温60 ℃以上为文中所述问题的环境边界条件，现标定策略是热机工况空调开启后电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)会给Map图中粗体部分补偿转速150 r/min，使发动机转速变为1 000 r/min左右即文中所述的轰鸣转速点。通过优化标定策略，调整空调开启时的补偿转速来改变起步蠕行过程中的发动机转速，使之避开车内轰鸣抱怨转速点。综合考虑起步蠕行过程中的车辆驾驶性，主观评价结果显示当补偿转速设置为250 r/min即发动机转速为1 100 r/min时车内轰鸣声和车辆驾驶性均可以接受，图4给出了标定策略优化前后车内轰鸣声的客观数据对比结果，图5给出了优化后的起步蠕行策略。

表2 起步及蠕行过程基础Map

图4 标定策略优化前后车内二阶噪声对比

图5 策略优化发动机转速时域信号

标定策略优化后，车内二阶轰鸣噪声峰值降低4 dB(A)左右，同时主观评价可以接受。

5 结束语

影响车内轰鸣声的因素很多，而且轰鸣声往往被发现于实物阶段，此阶段结构基本冻结，结构优化难以满足项目开发周期。文中针对某SUV 热机工况D挡开空调起步蠕行过程中车内存在轰鸣声的问题，通过标定策略优化，将起步蠕行过程中发动机的工作转速由1 000 r/min左右调整至1 100 r/min附近，避开车内轰鸣转速点，主观评价车内轰鸣声得到明显改善，提升了整车驾乘舒适性，缩短了整改周期，降低了优化成本，为快速解决车内轰鸣声提供了一种新的思路。