汽车侧门内板共振噪声优化方法

谢业远 肖甫 廖剑云

上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西柳州市 545007

1 引言

随着人们生活水平的提高和汽车工业的持续发展，人们不再满足于汽车的行驶工具属性，“家居化”成为汽车行业发展的趋势之一，车辆内可实现办公、休息、游戏等多种使用场景，对汽车乘员舱NVH静谧性能的要求也日益提高。

以前对噪声的查找都是用已生产出来的车辆进行测试，结合测试人员听觉及测量设备获取的结果进行分析，测试周期长，结果偏差大。随着虚拟分析方法的不断改进，分析结果与实车测试结果接近，虚拟分析方法已越来越多应用于整车开发数据阶段的分析，提前发现问题并更改完善，缩短项目开发周期。噪声传递函数（NTF，简称传函）主要是指输入激励载荷与输出噪声之间的对应函数关系，用于评价车辆结构对振动发声的灵敏度特性；NTF越来越多应用于评价整车NVH性能目标设定及分解，通过CAE虚拟分析整车各零部件对噪声传递的贡献量，并快速分析新方案对NVH的改善程度。

2 问题来源及原因分析

2.1 问题来源

某车型做整车动态NVH测试，发动机点火后，轻踩油门踏板使发动机转速上升，发动机在某一转速范围时，驾驶员及第二排乘客接收到尖锐噪声；当车辆在试验场以匀速60km/h在粗糙路面工况上行驶时，驾驶员及第二排乘员也接收到较明显的尖锐噪声。噪声使人感觉不舒服，影响驾驶员驾车安全及乘员乘坐舒适性；需消除噪声，提升驾乘感知，提高整车品质。

2.2 产生噪声原因分析

车辆噪声主要有发动机高速运转噪声、车辆行驶时的胎噪及风噪、车身异响等噪声类型。动力及传动系统激励引起的车内噪声主要分为两类：辐射噪声和结构噪声。其中辐射噪声主要通过空气传递到车内，系统激励振动通过不同路径传递到车身，车身薄壁件的振动与车内声腔耦合振动，引起结构噪声。

本案为整车在两种不同驾驶状态下发生的噪声问题，实车故障排查，排除了零件搭接不牢而导致的相互碰撞异响；再进一步对异响集中区域拆除零件查找噪音源，发现噪声异响为前后门内板振动引起。采用CAE方法进行虚拟分析，发现激励频率在38Hz附近，前后侧门内板结构振动变形量达到最大值，如图1。

图1 38Hz附近前后门内板变形示意图

2.2.1 发动机噪声传递分析

动力总成通过左右前悬置直接将振动传递到车身，通过CAE虚拟分析手段对整车理论数据进行NTF分析，发动机转速在1137r/min附近存在明显噪声峰值，噪声峰值在63dB-65dB（如图2），该峰值噪声与发动机二阶激励有较强的相关性，在主观感受中也非常明显；通过对发动机振动频率进行测试，对应该转速的发动机二阶激励频率为38Hz。

图2 发动机二阶激励声压曲线图

2.2.2 路面噪声传递分析

车辆以匀速60km/h在粗糙路面上行驶时，轮胎与地面摩擦产生的噪声通过空气传递到车内，此为一般胎噪声，通过增加隔音棉或消音板的方法可降低噪声，但仍有尖锐噪声存在；同时，轮胎的上下跳动，通过悬置将跳动传递到车身的悬置安装区域，再经由车身钣金的形面及腔体结构，通过焊接、紧固件及涂胶等连接特性，将跳动传递到整个车身钣金结构，在前门和后侧门内板某一位置汇聚形成耦合振动，产生结构噪声。NVH通过实车噪声数据收集及转换分析，驾驶员位置在路面激励传函38Hz有噪声峰值，后排在33Hz有噪声峰值，与实车行驶时主观感受突然听到的尖锐噪声相吻合，如图3。

图3 粗糙路面音频分析曲线图

2.2.3 前后侧门模态分析

对前后侧门钣金总成进行CAE虚拟分析，发现前后侧门内板变形量最大时，内板模态在35Hz～40Hz范围内（如图4），与NTF分析的噪声峰值传函频率相接近，由此推断尖锐噪声为前后门内板共振产生的结构噪声。

图4 前后侧门模态

3 改进方案

针对前后侧门内板出现的振动噪声，可通过提高内板一阶模态的方式，减少35Hz～40Hz范围内的内板振动变形量，提出以下改进方案：

（1）内板特征调整：前门内板过孔由斜角布置的三个过孔改为三角布置的三个过孔，增加内板中间部位的特征面积大小；过孔周圈由短翻边加强改为二级台阶加强，增加过孔周边特征面斜度及落差，增加加强筋数量，更改加强筋走向。后侧门内板优化特征面，增加台阶落差量，更改过孔开口尺寸大小，调整过孔位置及方向。如图5所示，通过调整内板自身结构提升内板模态。

图5 前后侧门内板结构更改

（2）在前后侧门内板后下端各增加一块钣金加强板，钣金加强板从门内板扬声器安装过孔下端开始布置，过后端拐角往上延伸至门锁附近，加强板与内板形成封闭腔体，通过点焊及涂胶与内板连接，有效提高内板下端刚度，减少内板振动变形量，提升内板模态，如图6所示。

图6 前后侧门内板下部增加加强板

4 方案验证

（1）前后侧门内板特征更改及增加下端加强板后，CAE重新分析前后侧门内板模态；前门内板模态由39.81Hz提高到43.08Hz，后侧门内板模态由38.09Hz提高到46.94Hz，如图7所示，避开发动机及路面传函频率，避免内板产生共振噪声。

图7 前后侧门内板模态

（2）经过NVH对激励噪声的重新分析，在激励保持不变的情况下，优化后的前后侧门钣金总成对降低噪声贡献较大，驾驶员右耳位置噪声平均下降2.00dB，后排中间位置噪声平均下降3.8dB，且使大部分激励点导致内板振动产生的噪声值下降到目标值以下，满足整车NVH要求，如图8所示。

5 结语

结合实车测试及CAE分析方法进行噪声查找分析，能够在较短时间和较低经济成本的情况下，找出噪声产生原因，提出优化建议，同时结合试验，快速提升整车NVH性能。

本文通过对车内噪声问题进行实车测试及仿真分析，得到该噪声主要由前后侧门内板振动与声腔耦合振动引起。消除或减少内板共振主要有增加内板厚度、增加内板局部加强板、修改内板形状、增加吸振器或阻尼胶等方法，但考虑实际生产及物料成本、生产可操作性、性价比等综合因素，选择最佳的实施方案。