某轿车高速行驶后排轰鸣声改善研究

张强 李守魁 毕金亮 赵晶宝 陈晓梅

摘要：本文针对某前置后驱轿车高速行驶时车内后排出现的轰鸣声，从激励源、传递路径和响应三个方面进行了影响因素分析，论证了变速箱标定、排气消音结构、传动系动不平衡、后副车架衬套隔振和车身局部结构对轰鸣声的影响，制定了有效可行的解决方案，使轰鸣声降低8dB（A），主观评价轰鸣声消失。

关键词：轰鸣声;滑摩;排气;传递路径;声固耦合

中图分类号：U461.4

文献标识码：A

文章编号：1005-2550（2019）06-0014-05

The Study on Improving Booming Noise in Back Row of Vehicle at

High Speed

ZHANG Qiang"， LI shou-kuit， BI Jin-liang”， ZHAO jing- bao"？， CHEN Xiao-mei+2（ 1.China FAW Group Co.， Ltd， Changchun 130013 China ; 2. State Key Laboratory ofComprehensive Technology on Automobile Vibration and Noise & Safety Control， Changchun 130011 China）

Abstract： Aiming at the booming noise in back row of a FR layout car at high speed， The paper analyzed the influence factors from three aspects： excitation source， transmission path and response， and the effects of gearbox calibration， exhaust muffler structure， dynamic imbalance of transmission system， vibration isolation of rear sub-frame bushing and local structure of body on the booming noise are demonstrated， effective and feasible improvement measures are formulated. The booming noise was reduced by 8 dB （A） to an acceptable level subjectively.

Key Words： Booming noise; Slip; Exhaust; Transfer Path; Acoustic-structural Coupling

张强

毕业于哈尔滨工业大学本科学历现就职于中国第一汽车股份有限公司研发总院，任整车NVH性能控制主管，主要从事汽车NVH性能开发工作。

引言

随着生活品质的快速提升，人们对汽车舒适性的要求也随之提高，振动噪声作为舒适性的重要内容之一，已成为人们购买车辆与否的重要判断依据和车辆使用过程中的重要关注点。车内轰鸣声是汽车噪声问题中常见的一种，汽车在封闭状态下，车内空气作为弹性体会形成许多振动模态，受到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，会产生很强的耦合，空气产生体积变化，使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，严重影响乘坐舒适性。【1】

1问题概述

某前置后驱轿车在车速90～110km/h之间加速行驶时，后排乘员感受到强烈压耳的轰鸣声。针对该现象进行客观测试，以手动模式6档全油门加速工况进行数据采集，车速覆盖90～130km/h，发动机转速从1500r/min升至2300r/min，后排噪声测试结果如图1所示。分析结果表明，轰鸣声发生的发动机转速范围是1600～1950r/min，由发动机2阶激励引起。

2轰鸣声影响因素分析

该车的轰鸣声发生在高档位、低转速、变速箱锁止时刻，激励源主要包括动力总成自身激励和排气管口噪声。变速箱锁止时，动力总成激励变大，一部分通过悬置传递到车体;一部分通过传动轴、后桥、后副车架传递到车体;另一部分通过排气管、排气吊耳传递到车体。共同作用激起车身结构局部模态，并与乘员舱声腔模态、以及传递到车内的排气口噪声发生声固耦合，在后排处形成压耳的轰鸣声，整个传递过程如图2所示。

2.1动力总成激励影响分析——自动变速器锁止及滑摩控制策略

自动变速箱锁止离合器滑摩控制技术，是通过对锁止离合器摩擦片上压紧力的调节，实现锁止离合器微小滑摩的精确控制。当锁止离合器存在微小滑摩而非完全锁止时，一部分动力经液力传动，另一部分经锁止离合器机械传动。液力传动和机械传动联合作用，可以很好的平衡传动系.的传动效率和抗振缓冲性能，使锁止领域得到充分的扩展，而这其中的关键就在于锁止点、滑摩差和滑摩区间的确定。

下图3为该轿车手动模式最高档加速时，锁止状态和滑摩状态（滑摩差50r/min）车内后排2阶噪声对比。滑摩状态2阶噪声在整个轰鸣转速范围内降低约10dB（A），主观评价车内后排轰鸣声消失。

试验结果表明，通过滑摩和优化锁止点，能有效衰减动力总成扭振激励，解决车内轰鸣，但考虑到油耗和动力性，决定从其他路径解决。

2.2排气系统噪声影响分析

分析图4中的排气管口噪声测试结果，2階噪声1400-2250r/min范围内存在明显峰值，与轰鸣声发生的发动机转速范围相符。图5的排气吊耳受力测试结果显示，7个排气吊耳的受力在发动机转速1700-2000r/min之间都明显增大，推断是由于排气脉冲气流激起排气系统模态后，从排气吊耳、吊钩传递到了车身。

结合CAE仿真分析和试验手段，对排气后消内部结构和尾管进行多轮优化及验证，最终确定图6（b）中的排气后消方案，使轰鸣声在峰值处下降4dB（A）左右，如图6（c）所示。

2.3传动轴1阶振动影响分析

在轰鸣声解决过程中，发现部分问题车辆后排噪声频谱图（跟踪发动机转速）中，除了2阶噪声，1.72阶噪声也存在问题，经过速比计算，与传动轴1阶相对应，其主要由传动轴旋转过程中自身动不平衡引起。优化传动轴动不平衡量由47g.cm降低至8g.cm，结果如图7（a）所示，差速器壳体上监测到的传动轴1阶振动明显变小达到目标，车内后排1.72阶噪声消失，轰鸣声下降2.7dB（A），如图7（c）所示。确定车内后排1.72阶噪声，是由传动轴动不平衡量过大导致1阶振动大，通过差速器壳体、后副车架传递到车身再到车内。其大小在一定转速范围内达到甚至超过车内后排2阶噪声，由于两个阶次噪声相邻较近形成“拍”，使得2阶轰鸣声进一步增大。

2.4传递路径影响分析

对传递路径进行排查测试和分析，发现发动机悬置、传动轴中间支撑、排气吊耳的隔振和车身的隔声能力都达到既定的开发目标，且在对应的频率未发现异常，但后副车架衬套在问题转速范围内隔振效果较差。

为了抑制动力总成激励从传动轴、差速器、后副车架到车身的传递，后副车架衬套的隔振起着关键作用，为提高衬套隔振量，对刚度参数进行优化，如表1所示，优化后隔振量变化情况如图8所示，在发动机转速1900r/min以内衬套隔振量明显提升，车内后排2阶噪声在1900r/min以内降低2dB（A）左右。

2.5响应分析

分析车身侧后副车架安装点、排气吊耳安装点到后排耳旁的力一声传递函数试验结果，发现60Hz附近响应较大，如图9所示。进一步分析车身的声腔模态与声固耦合模态，车内驾驶员座椅位置安装中低频体积声源，前后纵梁对角位置安装电磁式激振器，同时进行激励，试验结果如图10所示，60Hz左右车身后左、后右侧围局部振动大，车内空腔后部和行李箱声音大。

通过CAE对车身侧排气吊耳安装点-后排外耳进行NTF仿真分析，以及车身板结构贡献量分析，结果如图11所示，识别出车身结构的主要问题为：排气吊钩刚度低，NVH传递路径贡献大;后轮罩区域空腔存在声振耦合现象;顶盖后横梁模态频率接近问题频率。针对这三项问题制定措施：排气后部吊钩结构更改;后轮罩外板车内侧加阻隔材料;顶棚后横梁增加质量块。经实车验证，轰鸣声在峰值处下降3dB（A）左右，如图12所示。

3改善方案及效果

自动变速器滑摩和锁止控制策略的调整，对耐久性、动力经济性和驾驶性影响较大，且考虑到该项目的开发周期，不能作为该车轰鸣声的解决措施。从其他激励源、以及路径和响应方向寻求解决方案，包括：优化排气消声器和尾管结构、后副车架衬套刚度降低50%、排气吊钩刚度提升至3500N/mm;顶棚后横梁加2kg质量块;后轮罩外板车内侧填充阻隔材料，控制好传动系动不平衡量不大于10g.cm，使后排轰鸣声在峰值处降低了8dB（A），如图13所示，主观评价轰鸣声消失。

4结论

（1）本文研究了该车高速行驶时的后排轰鸣声，是由自动变速箱锁止和排气消声能力不足引起的多激励源、多传递路径、多响应的声振耦合问题。

（2）通过试验和CAE仿真相结合，能够快速有效且针对性地从激励源、传递路径和响应三个方面对轰鸣声进行问题分析和方案论证。

（3）轰鸣声有时只从源、或传递路径、或响应的优化就可解决，有时却需综合多方面解决。

参考文献：

[1]庞剑，谌钢，何华汽车噪声与振动-理论与应用[M]，北京理工大学出版社2006.6.

[2]马大猷.噪声与振动控制工程手册[M].机械工业出版社，2002.9.

[3]胡建军，秦大同，蒋小华.液力变矩器锁止离合器及滑差控制[J].重庆大学学报，2004，27（2）：1-5.

[4]谢硕，丁玉兰，吴光强，等.汽车液力传动系统滑摩离合器设计[J].同济大学学报，2001，29（12）：1420-1424.

[5]刘永军，许超楠，张秀明，等.传动轴动平衡对其振动特性影响分析[J].汽车工程师，2015，（12）：39-41.

专家推荐

刘浩：

文章对某前置后驱车的后排的轰鸣声问题，从激励源、传递路径和响应三个方面進行了分析与验证，确定了问题的根源在于离合器的锁止过程的振动激励，鉴于开发时间等限制，最后对传递路径，车身等多处实施了被动降噪方案，解决了问题。内容与过程是解决汽车NVH问题的典型案例，具有参考价值。