某车型加速车内声品质问题的分析与优化

郏 超

某车型加速车内声品质问题的分析与优化

郏 超

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

针对某运动型多用途汽车（SUV）车型加速车内声品质较差问题，论文通过噪声频谱分析、模态测试及扰动验证等方法，确认该问题为压缩机总成模态被动力总成激励所引起，提升压缩机总成模态是解决问题的方向。借助计算机辅助工程（CAE）分析手段寻找优化方案，建立有限元模型，分析原压缩机总成一阶模态与所发生噪声频率接近。通过CAE优化压缩机支架，加强与发动机本体的连接，压缩机总成一阶模态频率提升至465 Hz。通过实车验证，更换所选方案的支架后，车内205～250 Hz共振带明显减弱，压缩机向振动及车内噪声在205～334 Hz区间大幅减弱，整车加速车内噪声品质得到提升。

加速声品质；压缩机支架；模态测试；CAE分析

随着汽车工业的飞速发展，用户对汽车产品的感知质量要求越来越高，从汽车噪声、振动与声振粗糙度（Noise, Vibration, Harshness, NVH）控制的最基本“减振降噪”向“声品质控制”转变，车内声品质已经成为汽车重要组成部分[1]。

近年来，汽车声品质取得了一定研究成果。裴旭等[2]利用遗传算法改进的神经网络（Genetic Algorithm-Back Propagation, GA-BP）建立声品质预测模型，对响度和粗糙度进行分析，根据分析结果设计基于FeLMS算法的主动降噪（Active Noise Cancellation, ANC）系统，并进行仿真验证，为改善匀速车内声品质提供了有效方法。程雪利等[3]通过优化车门系统内板结构，改善车门系统玻璃升降声品质。周晓杰等[4]研究得出进气歧管间隔汽缸活塞缸的歧管长度相差越大，进气半阶次噪声越大，即通过改变进气歧管的歧管长度可以增加或减少某些特定频率噪声的结论，并以此为依据，正向设计一款进气歧管，使进气半阶次噪声较原方案整体提高，提升了车辆的运动感，改善了进气声品质。

综上所述，针对汽车声品质，现已在匀速声品质、玻璃升降声品质、进气声品质等方面取得了一些研究成果，但在加速声品质方面研究相对较少。汽车加速噪声不平顺是汽车加速声品质问题的一种。车辆在加速行驶时发动机和动力传动系统工作粗暴，容易将噪声振动传进车内，给驾驶员和乘客以不良的感受。发声频率通常为单一或共振带，共振中心频率基本分布在200～700 Hz。某运动型多用途汽车（Sport Utility Vehicle, SUV）车型存在整车急加速声音不平顺的问题，主观感觉类似于跑车的咆哮声，影响加速声品质，易引起顾客抱怨。本文围绕该问题展开，通过噪声频谱分析、模态测试及扰动验证等手段，确认问题原因，借助计算机辅助工程（Computer Aided Engineering, CAE）寻找优化方案，最后进行样件验证，达到改善加速声音的不平顺的目的，提升了汽车加速声品质。

1 问题确认

某SUV车型试验技术员反馈试制车辆存在急加速粗糙声问题，针对该问题对车辆进行了主观评价和客观测试。采集三挡全油门加速工况（Wide Open Thlollle, WOT）加速车内驾驶员耳旁噪声数据，数据显示，加速车内噪声存在240 Hz宽频共振带，主观评价急加速存在粗糙感。

2 原因分析

通过数据分析，初步判断该噪声为发动机附件导致，在压缩机、发电机、转向助力泵上布置振动传感器，测试发现，压缩机本体振动同样存在240 Hz共振带，因此，初步判断问题是压缩机引起。为验证这一判断测试了压缩机和支架总成的约束模态，所有测点结果显示，压缩机和支架总成在230～260 Hz范围内存在较多模态，如图1所示。与加速车内噪声240 Hz宽频共振带存在耦合。

图1 压缩机+支架模态响应曲线

为进一步验证，在实车上进行了质量扰动验证，通过在压缩机本体上配重，抑制压缩机本体振动响应。

再次测试车内噪声，对比原状态与扰动后状态测试数据，主驾240～260 Hz共振带明显减弱，从频谱可显示该频率带上分贝值降低3 dB(A)以上，如图2所示。

综上分析可知，该车型加速车内声品质问题根本原因为压缩机总成模态被动力总成激励，从源头上解决问题需提升压缩机总成模态。

3 整改措施及效果

3.1 整改方向确定

借助CAE分析软件，辅助产品的结构设计及校核，寻找优化方案。建立支架有限元模型，分析原支架一阶模态为261 Hz，与测试判断问题频率接近。通过查看模态振型，发现压缩机支架上与发动机连接的安装点存在布置问题，原状态的安装点布置使压缩机支架悬臂过长，该位置结构弱导致总成模态易被激发。因此，提升压缩机总成模态可以通过优化压缩机支架在发动机上的安装点位置。

在原支架的基础上进行了五轮优化方案分析，包括优化压缩机支架在发动机上的安装点以及提高支架自身刚度，方案均通过CAE软件设置实现，各方案及分析结果如图3所示，分析结果统计如表1所示。

表1 压缩机支架优化方案及分析结果统计

方案名称方案内容一阶模态/Hz结果评价 原方案 261 方案一支架加筋270效果不佳 方案二去除缸体一颗螺栓，在油底壳重新增加一颗螺栓333效果良好 方案三远端增加一颗螺栓361效果良好 方案四支架材料QT400改为钢272效果不佳 方案五支架弹性模量增加10倍339效果不佳

从五种方案分析结果可知，单纯提高支架自身刚度很难达到预期效果。方案二和方案三说明，优化支架安装螺栓位置，加强与发动机本体的连接，能有效提高压缩机总成模态。

3.2 细化整改方案

根据CAE分析结果，同时综合考虑优化结构导致的周期和成本代价。方案三周期短、成本相对低，最终确定优化方案为在远端增加了一颗安装在缸体上的螺栓，加强筋适当调整。

图4 原状态与最终优化方案压缩机总成模态

再次通过CAE软件进行分析校核，最终优化方案压缩机总成一阶模态频率提升至465 Hz，如图4所示。

3.3 试验验证效果

针对压缩机支架增加一个安装点及加强筋适当调整的优化方案进行做件验证，优化前后支架样件如图5所示。

图5 原支架及优化支架样件

更换优化后的压缩机支架，进行试验验证。从车内噪声colormap图（见图6）可以看出，车内205～250 Hz共振带减弱，250～335 Hz对应的4阶基本消失。车内噪声谱平均对比显示在205～334 Hz噪声大幅减弱，优化0.5～6 dB(A)，与压缩机向振动减弱特征一致，如图7所示。主观评价整车车内粗糙声改善明显。

图6 优化前后车内噪声colormap图

4 总结

本文针对某SUV车型加速车内声品质差，存在声品质问题，通过噪声频谱分析、模态测试及扰动验证等手段，确认问题为压缩机总成模态被动力总成激励所引起。

建立有限元模型，分析原压缩机总成一阶模态与问题频率接近。利用CAE分析软件对多种优化方案进行校核，最终确定方案为在压缩机支架远端增加一颗安装在缸体上的螺栓，同时适当调整加强筋，加强与发动机本体的连接。优化方案将压缩机总成一阶模态频率提升至465 Hz，不易被动力总成激励引起共振问题。CAE分析的应用，为产品的结构优化及校核提供参考，极大提高问题整改效率，缩短研发周期，节省试验费用。

优化方案实施后，车内205～250 Hz共振带明显减弱，压缩机向振动及车内噪声在205～334 Hz区间大幅减弱，该车急加速240 Hz的共振问题从根源上得到解决，较好地提升了加速声品质，提升车辆乘坐舒适性。

[1] 庞剑.汽车车身噪声与振动控制[M].北京:机械工业出版社,2015.

[2] 裴旭,黄鼎友,曾发林,等.基于主动噪声控制技术改善车内声品质[J].广西大学学报(自然科学版),2019, 44(3):667-676.

[3] 程雪利,陆志成,童景琳.车门系统玻璃升降声品质的结构优化研究[J].河南理工大学学报(自然科学版),2019,38(6):85-91.

[4] 周晓杰,刘志恩,颜伏伍,等.进气歧管对汽车进气声品质影响研究[J].数字制造科学,2019,17(1):6-10.

Analysis and Optimization of the Interior Sound Quality Problem of a Vehicle Accelerating

JIA Chao

( Anhui Jianghuai Automobile Group Company Limited, Hefei 230601, China )

In view of the poor sound quality in the acceleration vehicle of a certain sport utility vehicle (SUV) model and the existence of sound quality problems, through noise spectrum analysis, modal test and disturbance verification, it is confirmed that the cause of the problem is caused by the excitation of the compressor assembly mode by the powertrain, and improving the compressor assembly mode is the direction to solve the problem. With the help of computer aided engineering (CAE) analysis, the optimization scheme is found, the finite element model is established, and the first mode of the original compressor assembly is analyzed to be close to the noise frequency. The compressor support is optimized by CAE to strengthen the connection with the engine body, and the first-order modal frequency of the compressor assembly is raised to 465Hz. After the bracket of the selected scheme is replaced, the 205～250Hz resonance band in the vehicle is significantly weakened, the-direction vibration of the compressor and the noise in the vehicle are significantly weakened in the 205～334Hz range, and the noise quality in the vehicle is improved after the whole vehicle is accelerated.

Accelerate sound quality; Compressor bracket; Modality test; CAE analysis

U464

A

1671-7988(2023)17-100-06

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.017.018

郏超（1986－），男，助理工程师，研究方向为NVH性能开发，E-mail:happyjac@163.com。