汽车车内轰鸣声研究及其工程优化.docVIP

1前言 随着汽车的日益普及，对汽车舒适性的要求日益提高。汽车NVH将是汽车工业角逐的主战场，它的性能参数的高低，将直接影响汽车企业的生存与发展。 汽车NVH即指噪声、振动和舒适性。从设计的观点来看，汽车NVH是一个有激励源（发动机、变速器、路面等）、传递路径（由悬挂系统、悬置系统和连接件组成）和响应器（车身）组成的系统，如图1所示。 图1 NVH简化模型 从汽车NVH评价的观点来看，分为主观评价和客观评价两部分。主观评价主要目的是对整车的NVH性能进行评价,并提出存在的主要问题,作为下一步工作的主要内容； 客观评价主要是通过客观数据发现存在的主要问题。在开发过程中，为了进一步使主观评价和客观评价有效结合有利于车型NVH开发，一般制定如下主要评价内容[1]： ①怠速噪声和振动 ②加速过程的噪声和振动 ③匀速过程的噪声和振动 ④减速噪声和振动 ⑤高速风噪声 ⑥叽叽嘎嘎声（异响） ⑦启动和熄火时的噪声和振动 ⑧轮胎噪声 ⑨通过噪声 在怠速、加速、匀速、减速等工况评价中，轰鸣声是经常出现的现象之一，本文就此课题展开讨论。 2汽车轰鸣声产生机理[] 2.1轰鸣声介绍 汽车在封闭状态下，车内空气会形成许多振动模态或声腔模态，发动机激励或路面激励时，车身某些钣金的振动频率与密闭空气的固有模态频率一致，将会产生很强的耦合作用，空气就会产生体积变化，在车内产生很高的压力脉动，引起人耳不适，甚至出现头晕、恶心等症状，现象称为轰鸣(booming)。轰鸣声属于低频噪声，通常在25-200Hz范围内产生，普遍存在于汽车的怠速、匀速和加速过程中，发动机、传动系、排气系统、不平路面激励等因素都可能成为轰鸣声产生的源头。 2声腔模态的产生机理汽车乘员舱的壁板是由多块薄冲压焊接而成，厚度一般为0.7-1.0mm，具有一定的弹性，当发动机或路面的激励传递到车身壁板时，会引起薄钢板的振动，从而辐射出噪声。当辐射出的声波入射到达蔽障时，会与其反射的声波相互叠加而形成合成声场。如图所示，当入射声波到达蔽障时恰好位于波峰位置，其反射声波在蔽障处与其方向相反，相位相同，在图中的位置1处即四分之一波长位置相位相反，相互消减后声压振幅为0，称为声压波节；而在位置2处和蔽障处相位相同，声压振幅最大，成为声压波腹[]，也就是汽车乘员舱产生轰鸣声的位置。，对于上述入射的平面波，在四分之一波长的奇数倍位置上为声压波节，四分之一波长的偶数倍位置上，为声压波腹。 图 平面波反射示意图 对于封闭在一长方体的空气所形成的声腔，如图所示，其声学模态振型可以用纵向、横向、竖向或者不同方向的组合来描述[]，比如纵向第一阶表示声压主要沿纵向分布，沿其他方向声压没有变化；在纵向截面内出现一个声压波节面，两端的截面为声压波腹面。声腔模态频率可由公式1）计算： 图 声腔尺寸示意图 其中，Lx、Ly、Lz分别为 纵向、横向、竖向方的声腔尺寸，C为声速，343m/s，i(0,1,2,…)、j(0,1,2,…)、k(0,1,2,…)分别表示三个方向上模态的阶次。通过公式计算，可以得到沿纵向、横向、竖向或者不同方向组合的声腔模态的理论频率值。不同类型的乘用车，如三厢轿车、两厢轿车、MPV、SUV，其乘员舱的形状不同，座椅、仪表板等内饰对声波的反射也有影响，声腔模态的频率与振型会有不同。轰鸣声的流固耦合分析 建立有限元模型进行声学流固耦合分析，分析激励位置、激励方向对车内轰鸣声的影响发动机、变速箱、悬架、进排气等激励源与车身连接点数量众多，建立简化的有限元模型，研究激励源、车身壁板与声腔模态的关系。如图所示其纵向、横向和竖向的尺寸分别为3.7m、1.6m和1.2m。如图所示声腔流体网格。简化模型中每块板可以表示风挡玻璃、防火墙地板、顶棚等。车身上不同区域的并非直接相连，如风挡与顶棚、防火墙与地板都是由横梁进行连接。1、2、3号板上分别施加了沿纵向、横向和竖向的强迫振动信号，通过进行流固耦合分析，计算声学灵敏度，输出车内前、中、后三个位置的声压值。图为用计算的前5阶声腔模态频率及振型。 图 简化的乘员舱模型 图图声腔流体网格 图 前5阶声腔模态振型 图 1号板上施加X方向载荷,声学灵敏度响应 图为在1号板上垂直施加的强迫振动信号，计算出的车内不同位置的声学灵敏度响应。①在47Hz附近，前排和后排声压值达到77dB，而中排位置仅为60dB，与其激励起来的第一阶纵向声腔模态频率一致，即车厢纵向的长度恰好为此频率时1/2个声波的长度，前排和后排位于声压波腹位置，相互叠加声压增大，产生轰鸣声中排位置位于声压波节位置，声压较低。②95Hz时车内的声压峰值，三个位置都在70dB左右，都会产生轰鸣声，与车厢二阶纵向声腔模态频率一致。③在一阶声腔模态频率47Hz之前，出现了21Hz的声压峰值，前排和