某纯电SUV 低速路噪分析与优化
【摘要】某纯电SUV 在粗糙沥青路上以40km/h 匀速行驶时，车内后排乘客能明显的感受到压耳感，严重影响舒适性。经主观评价以及客观数据分析，发现此问题是由于路面激励，导致后备门模态与声腔模态耦合，引起车内空腔共振，从而出现压耳感。针对此问题，本文通过试验和仿真手段对后备门进行了优化，增加动态吸振器，使其模态频率避开声腔模态频率，达到降低车内噪声的目的。经过优化后，在粗糙路40kph 工况下，车内噪声在42Hz降低8dBA，同时主观感受压耳感降低，提高了整车的NVH 性能。随着社会的快速发展，汽车已经成为人们生活中必不可少的交通工具，我国已经成为汽车产销世界第一的国家，但随之而来的问题也日益增多，化石能源消耗、尾气带来的空气污染等等一系列问题严重影响我国生态环境和经济发展，故此国家和企业开始大力发展新能源汽车[1]。与此同时也对新能源汽车的各项性能也提出了一些新的要求。在NVH 性能方面，由于新能源汽车没有发动机这种大型部件噪声的掩盖效应，所以新能源汽车在路噪、风噪、电子电器附件噪声这几大方面的表现更加突出。本文主要研究某纯电SUV 在粗糙沥青路40km/h匀速行驶时，后排乘员感受到严重的压耳感（业内称为轰鸣声），进行研究与分析。某纯电SUV 车型在粗糙沥青路上以40km/h匀速行驶时，后排乘员感受到非常严重的压耳感。通过一系列的试验分析，该SUV 压耳感问题主要是发生在匀速工况。该SUV 一阶纵向声腔模态为43.5Hz，因此当整车X 方向的钣金模态和面板模态与声腔模态相接近时这些钣金以及面板很容易被声腔模态所激励，从而按其原有模态阵型运动，进而产生噪声。由于该SUV 后备门一阶扭转模态为40.3Hz左右，与声腔模态相接近，因此被声腔模态所激励，产生低频噪声，从而出现低频压耳感。同时声腔模态在整车设计时已经定型，后期很难将其改变，所以由声腔模态与车身板结构模态共振引起的问题，一般的解决办法是改变车身板结构的模态，防止其模态耦合，进而产生共振[2]。在工程中解决因模态耦合而产生共振的方法大致分为三类[3,4,5]：通过对该部件进行支撑，可以提高其整体或局部的刚度，从而能使模态略微提高。动力吸振器能够吸收原系统产生的能量，将系统的单个峰值降低，从而降低单个频率产生的振动[6]。后备门的结构和安装方式较为简单，一般是通过两个铰链与车身连接，并通过限位块和门锁，将其固定在车身钣金处。为了更好的排查引起车内42Hz 峰值问题的原因，对后备门进行NTF（声振传函）测试，经过试验测试，与数据分析，后背门是引起后排压耳感问题的根本原因。图1 为后备门NTF 测试数据。图2 为粗糙路匀速40kph 工况下后排右后乘客内耳噪声频谱图，超低频主要存在42Hz 这个峰值问题。且42Hz 峰值对车内噪声贡献较大，并在超低频中占据着主导地位。同时，振动42Hz 幅值较大。且振动的峰值与车内噪声的峰值相吻合，因此需要对后备门进行仿真分析和模态分析，以了解其结构特性[7,8]。模态分析是研究结构动力特性的一种常用方法，并在工程领域中得到了广泛的应用[9,10,11,12]。通过对模态进行分析，可以从中获得很多的内容，比如：系统的质量，动刚度，固有频率，以及主要阵型。同时模态分析更能真实的反映物体的结构特性[13]。但唯一不足的是模态分析对于测点的划分并不算明确。而有限元仿真计算能够反映物体的各个细节[14]。因此本文结合试验与仿真对后备门进行分析，结果见表1。在实际的试验中，为了更好的反映后备门的运动阵型，对后备门布置25 个测点，使用LMSTest.Lab/Impact Testing 模块进行后备门模态测试。实验在整车约束下进行，使用力锤对后备门进行激励。为了使阵型更加准确直观，采用单激励点，移动传感器的方法，对后备门进行进行模态测试，得到结果见图3、4、5、6。声腔模态分析[15,16,17]可以更好的掌握车内声腔模态各频率分布区域以及运动阵型。方便在后期整车各部件的设计过程中，对各种系统激励与声腔模态相匹配，避免因车身结构振动而引起一系列的共振问题。图7、8 为该SUV一阶横向和纵向声腔模态。通过对后备门模态计算结果、后备门仿真计算结果和声腔模态计算结果进行分析，得出：42Hz 路噪响应峰值与系统中的后备门一阶扭转模态固有频率相接近，而一阶声腔模态纵向与后备门模态相接近（但都有一定的测试误差）。根据模态叠加原理可知，两个频点的结构模态对整个系统响应的幅值贡献比较大[18]。因此可以认定引起后排压耳感的原因是由于后备门模态与声腔模态共振。为了解决由模态耦合而引起车内压耳感问题，需要改变后备门的固有频率，从而实现避频。由于车内噪声42Hz 峰值比较突出，且幅值比较大。因此对后备门增加阻尼式动力吸振器进行验证。图9、10、11、12 是后备门增加阻尼式动力吸振器的仿真计算结果。优化前与优化后的模态频率见表二（仿真计算过程中加入了动力吸振器的质量，从而产生了模态移频）怠速工况，后备门模态降低了7Hz 左右，与激励源声腔模态避频，同时，原有的模态阵型也发生了较大改变。为了进一步验证动力吸振器的吸振效果，将已经安装和未安装动力吸振器的整车，进行道路试验验证。验证工况为粗糙路，匀速40km/h 。同时使用LMS Test.Lab/Test.Lab Signature 模块进行数据采集。图13 和图14 分别为未安装和已安装动力吸振器的车内噪声频谱图。从上图可以看到动力吸振器效果显著。驾驶员内耳42Hz 峰值降低5dB 左右，后排乘客内耳噪声42Hz 峰值降低8dB。同时，安装动力吸振器之后车内压耳感改善明显。针对于模态耦合而引起的一系列NVH 问题在工程中是一个非常常见的问题。在工程中一般的解决办法是通过改变其原有的质量，阻尼以及局部或整体的动刚度，从而改变其固有频率。而对于后备门这种大型钣金件来说，其固有频率较小且模态较低，很容易和其他零部件或声腔模态发生耦合，进而产生低频噪声，影响车内主观感受。针对这种大型零部件来说，安装动力吸振器效果会更加明显。本文通过对后备门增加阻尼式动力吸振器，从而改善模态耦合而产生的压耳感，并取得显著效果。作者单位（中汽研(天津)汽车工程研究院有限公司，天津 300300）来源：2020年第十七届汽车NVH控制技术国际研讨会论文集免责申明：本公 众 号所载文章为本公 众 号原创或根据网络搜索编辑整理，文章版权归原作者所有。因转载众多，无法找到真正来源，如标错来源，或对于文中所使用的图片，资料，下载链接中所包含的软件，资料等，如有侵权，请跟我们联系协商或删除，谢谢！ 著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载
首次发布时间：2023-04-14
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