靳 豹，賈艷賓

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心 河北省汽車工程技術(shù)研究中心，保定 071000）

某SUV怠速車內(nèi)異響分析

靳 豹，賈艷賓

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心 河北省汽車工程技術(shù)研究中心，保定 071000）

以某型SUV車在怠速工況時(shí)，車內(nèi)存在“嗡鳴”異響噪聲為研究對(duì)象，運(yùn)用頻譜分析法、聲學(xué)互動(dòng)濾波法、主觀評(píng)價(jià)法，實(shí)現(xiàn)對(duì)異響噪聲頻率成分的確認(rèn)。再通過(guò)綜合運(yùn)用傳遞路徑分析法、近場(chǎng)測(cè)量法、鉛包覆法等噪聲源識(shí)別方法，實(shí)現(xiàn)異響噪聲源的快速識(shí)別，并確認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)罩蓋為異響噪聲源。最后利用模態(tài)分析技術(shù)對(duì)噪聲源進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，大幅降低其輻射噪聲，最終達(dá)到有效改善車內(nèi)聲品質(zhì)，提高整車NVH性能的目的。

聲學(xué)；聲源識(shí)別；異響；模態(tài)分析；聲品質(zhì)

聲學(xué)互動(dòng)濾波主觀評(píng)價(jià)方法、鉛包覆法、分別運(yùn)轉(zhuǎn)法、近場(chǎng)測(cè)量法、頻譜分析法、聲強(qiáng)法、表面強(qiáng)度法、傳遞路徑分析法等方法在噪聲源識(shí)別中均有成功應(yīng)用。但在噪聲源識(shí)別時(shí)很難單獨(dú)運(yùn)用某一種方法來(lái)完成，需要綜合運(yùn)用來(lái)達(dá)到快速識(shí)別的目的。

主觀評(píng)價(jià)某型SUV怠速不加載工況，車內(nèi)存在明顯的“嗡鳴”異響，極大地降低了該車的聲品質(zhì)，使乘員產(chǎn)生煩躁感。本文在綜合運(yùn)用頻譜分析法、聲學(xué)互動(dòng)濾波主觀評(píng)價(jià)方法、近場(chǎng)測(cè)量法、鉛包覆法等基礎(chǔ)上，快速準(zhǔn)確地識(shí)別該車內(nèi)異響的噪聲源，并通過(guò)模態(tài)分析提供了解決思路和方法，達(dá)到提高該車型怠速聲品質(zhì)的目的。

1 車內(nèi)噪聲測(cè)試及頻譜分析

主觀評(píng)價(jià)該異響為窄帶噪聲。使用LMS Test. Lab采集系統(tǒng)對(duì)車內(nèi)噪聲進(jìn)行測(cè)試。該試驗(yàn)在消聲室內(nèi)進(jìn)行，工況為怠速不加載工況，測(cè)點(diǎn)為駕駛員耳旁，采集時(shí)間為10 s。駕駛員右耳噪聲頻譜如圖1所示。

圖1 駕駛員右耳噪聲頻譜

從圖1中分析，影響該車怠速工況車內(nèi)噪聲的主要頻率，除發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火（發(fā)動(dòng)機(jī)為四缸、怠速轉(zhuǎn)速為750 r/min）4階諧波（即50 Hz）頻率成分外，還主要有175 Hz和250 Hz頻率噪聲。

2 聲學(xué)互動(dòng)濾波主觀評(píng)價(jià)及TPA分析方法異響噪聲識(shí)別

“聲學(xué)互動(dòng)濾波法”是利用聲學(xué)濾波修改軟件對(duì)測(cè)量記錄的噪聲時(shí)域數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)字互動(dòng)濾波。通過(guò)回放濾波處理的噪聲信號(hào)和原始信號(hào)進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，來(lái)判斷噪聲異響的噪聲分量的主要頻率成份[1]。

利用LMS.Test.Lab分析軟件分別對(duì)50 Hz、175 Hz、250 Hz設(shè)置相應(yīng)的濾波器，濾波帶寬設(shè)置為5 Hz，衰減量為20 dB。通過(guò)主觀對(duì)比評(píng)價(jià)濾波后的時(shí)域信號(hào)和原始時(shí)域信號(hào)，250 Hz頻率噪聲衰減20 dB后怠速車內(nèi)“嗡鳴”異響完全消除。因此可以判斷，250 Hz噪聲峰值為引起怠速車內(nèi)“嗡鳴”異響的頻率。

250 Hz為中頻噪聲，首先應(yīng)明確其為結(jié)構(gòu)聲還是空氣聲。為了驗(yàn)證其是否為結(jié)構(gòu)聲，特進(jìn)行傳遞路徑分析（TPA），具體的TPA模型建立及試驗(yàn)方法在文獻(xiàn)[2，3，4]中有詳細(xì)闡述。

怠速工況結(jié)構(gòu)聲主要關(guān)注動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)和排氣吊鉤的傳遞[3]。該車型有三個(gè)懸置、三個(gè)排氣吊鉤，故傳遞路徑共3×3+3=12條（每個(gè)懸置考慮X、Y、Z三個(gè)方向，排氣吊鉤只考慮Z方向）。車內(nèi)目標(biāo)點(diǎn)為駕駛員右耳噪聲。結(jié)構(gòu)聲對(duì)車內(nèi)噪聲貢獻(xiàn)量分析結(jié)果如圖2所示。

圖2 結(jié)構(gòu)傳遞貢獻(xiàn)分析結(jié)果

從圖2分析，結(jié)構(gòu)聲對(duì)車內(nèi)250 Hz噪聲無(wú)明顯貢獻(xiàn)量，因此可以初步判斷車內(nèi)250 Hz噪聲為空氣聲。

3 近場(chǎng)測(cè)量法異響聲源定位

“近場(chǎng)測(cè)量法”是通過(guò)將傳聲器布置在距離噪聲源很近的位置，分別靠近各個(gè)噪聲源進(jìn)行噪聲測(cè)試，該方法適合于中高頻噪聲源的分析[5,6]。

已初步判斷此噪聲應(yīng)為空氣聲。下一步工作為識(shí)別噪聲源的位置。

怠速不加載工況噪聲源主要包括：動(dòng)力總成及附件輻射噪聲、排氣系統(tǒng)噪聲（怠速不加載工況空調(diào)系統(tǒng)關(guān)閉，輔助電器件關(guān)閉、電子風(fēng)扇不工作）。故分別在發(fā)動(dòng)機(jī)左、右、前、后、上、下方附近、排氣口附近位置布置麥克風(fēng)，采集怠速工況下各噪聲源的聲音信號(hào)，測(cè)點(diǎn)如圖3所示。

圖3 聲源測(cè)試位置

對(duì)各噪聲源噪聲信號(hào)分析，發(fā)動(dòng)機(jī)右側(cè)噪聲中明顯存在250 Hz噪聲峰值，其他噪聲源位置無(wú)明顯250 Hz噪聲峰值。噪聲頻率對(duì)比結(jié)果如表1所示。

表1 噪聲頻率對(duì)比結(jié)果

由測(cè)試結(jié)果分析，主要噪聲源應(yīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)右側(cè)，為了確認(rèn)測(cè)試結(jié)果，利用隔吸聲材料將發(fā)動(dòng)機(jī)右側(cè)完全覆蓋，車內(nèi)“嗡鳴”異響基本消除，可以確認(rèn)車內(nèi)250 Hz“嗡鳴”異響聲源為發(fā)動(dòng)機(jī)右側(cè)。

4 鉛包覆法噪聲源識(shí)別

“鉛包覆法”又稱局部暴露法，即采用鉛板或玻璃棉等高隔聲材料將機(jī)器包覆起來(lái)，然后每次暴露一個(gè)部件進(jìn)行測(cè)量。以此來(lái)識(shí)別機(jī)器噪聲源的傳統(tǒng)方法，它在中、高頻范圍有很好的識(shí)別精度[5,6]。

發(fā)動(dòng)機(jī)右側(cè)部件包括：正時(shí)系、發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)和轉(zhuǎn)向泵等。將厚度為2 mm的鉛板做成近似發(fā)動(dòng)機(jī)右側(cè)形狀，首先將發(fā)動(dòng)機(jī)右側(cè)全部包覆，然后分別在正時(shí)系、發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)、轉(zhuǎn)向泵等位置進(jìn)行開窗處理，測(cè)試過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)右側(cè)噪聲的變化情況，以判斷250 Hz異響噪聲的來(lái)源。經(jīng)過(guò)鉛包覆法排查，正時(shí)上罩蓋為250 Hz異響噪聲聲源。排查數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 局部暴露后噪聲比較圖

由表2可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)右側(cè)全部覆蓋后整個(gè)頻段噪聲都用不同程度下降，尤其是高頻成分，但暴露出正時(shí)罩上罩蓋位置時(shí)250 Hz左右頻率噪聲明顯增加。可以判斷此噪聲為正時(shí)上罩蓋位置輻射的噪聲。通過(guò)對(duì)拆除正時(shí)上罩前后噪聲測(cè)試分析，最終確定250 Hz噪聲為正時(shí)上罩蓋輻射的噪聲。具體數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 拆除正時(shí)上罩蓋對(duì)比數(shù)據(jù)(頻譜)

5 模態(tài)分析及優(yōu)化方案

模態(tài)分析技術(shù)分為解析和試驗(yàn)2個(gè)方面，即有限元分析和試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析[7]。為了明確正時(shí)上罩蓋的噪聲輻射特性，特對(duì)正時(shí)上罩蓋進(jìn)行有限元模態(tài)分析。從結(jié)果分析，正時(shí)罩上罩蓋在250 Hz附近（249.4 Hz）有模態(tài)存在。故發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)上罩蓋在受到發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)時(shí)輻射250 Hz噪聲。對(duì)此問(wèn)題制定以下優(yōu)化方案：

(1)正時(shí)上罩蓋增加加強(qiáng)筋，并在上罩蓋中間位置增加一個(gè)安裝點(diǎn)，改變其模態(tài)頻率。對(duì)優(yōu)化結(jié)構(gòu)后的正時(shí)上罩蓋進(jìn)行CAE分析，250 Hz附近模態(tài)消除，而相應(yīng)的模態(tài)振型提升到了335 Hz附近。結(jié)構(gòu)及分析對(duì)標(biāo)結(jié)果如圖5所示。

圖5 正時(shí)上罩蓋優(yōu)化前后模態(tài)分析結(jié)果對(duì)比

(2)在正時(shí)罩蓋與發(fā)動(dòng)機(jī)本體接觸面之間增加隔振墊，減小發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)正時(shí)罩的激勵(lì)，如圖6所示。

圖6 隔振墊圖示

6 優(yōu)化方案驗(yàn)證

經(jīng)整車試驗(yàn)驗(yàn)證及主觀評(píng)價(jià)，實(shí)施發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)上罩蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化和在正時(shí)罩與發(fā)動(dòng)機(jī)之間增加隔振墊方案后怠速車內(nèi)“嗡鳴”異響噪聲基本消失。經(jīng)過(guò)對(duì)比車內(nèi)駕駛員位置噪聲頻譜數(shù)據(jù)，250 Hz噪聲整體下降6 dB(A（)如圖7所示），達(dá)到了優(yōu)化目標(biāo)要求。

有良好的線性關(guān)系。N10值越大，信號(hào)帶來(lái)的主觀煩惱度也越大；

（3）性別差異對(duì)煩惱度沒有顯著性影響。耳機(jī)使用頻率對(duì)煩惱度有顯著性影響。在相同的噪聲暴露情況下，耳機(jī)使用頻率高的個(gè)體對(duì)于煩惱的敏感程度要低于耳機(jī)使用頻率低的個(gè)體。

[1]Chen T J,Chen S S,Hsieh P Y,et al.Auditory effects of aircraft noise on people living near an airport[J].Archives of Environmental Health:An International Journal, 1997,52(1):45-50.

[2]俞悟周，王佐民.飛機(jī)噪聲對(duì)辦公樓室內(nèi)的影響評(píng)價(jià)和降低[J].環(huán)境工程，2008：1.

[3]莊坤玉，李芳，鄒立海.飛機(jī)噪聲對(duì)人體健康的影響[J].中國(guó)工業(yè)醫(yī)學(xué)雜志，2000，13(6)：371.

[4]Laszlo H E,McRobie E S,Stansfeld S A,et al.Annoyance and other reaction measures to changes in noise exposure-A review[J].Science of the Total Environment,2012, 435:551-562.

[5]Mark Brink,Katja Wirth,Christoph Schierz,et al.Annoyance responses to stable and changing aircraft noise exposure[J],Journal of the Acoustical Society of America, 2008,124(5),P2930-2941.

[6]柳小毅，施祥，盧向明，等.機(jī)場(chǎng)噪聲與公眾主觀煩惱關(guān)系[J].噪聲與振動(dòng)控制，2009，(S2)4：203-206.

[7]翟國(guó)慶，柳小毅，李爭(zhēng)光，等.用社會(huì)聲學(xué)調(diào)查法研究機(jī)場(chǎng)噪聲煩惱度閾值[R].武漢：環(huán)境污染與人類健康國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，2010.

[8]Shashikant More.Aircraft noise characteristics and metrics [D].Purdue University,2010.

[9]QIAO Weiyang,XU Kaifu,WU Zhaowei,et al.Noise radiation of large-scale commercial aircraft in take-off and landing[J].Acta Aeronau Tica ET Astronau Tica Sinica, 2008,(29)3:534-541.

[10]JIAO Peng,LIANG Cai cai.Annoyance of aircraft noise in military airfields[J].Environmental Science&technology,2008,(31)9:50-52.

[11]陳曉勤，余文斌，鄭學(xué)文，等.機(jī)場(chǎng)噪聲控制的發(fā)展?fàn)顩r[C].運(yùn)輸噪聲的預(yù)測(cè)與控制——2009全國(guó)環(huán)境聲學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.2009.

[12]袁玄義，王永昌，張延曹.多普勒效應(yīng)及其現(xiàn)代應(yīng)用[J].現(xiàn)代物理知識(shí)，1996，8(4)：20-23.

[13]Ostashev V,K Attenborough.Acoustics in moving inhomogeneous media[M].Taylor&Francis,2007.

[14]Arntzen M,D G Simons.Modeling and synthesis of aircraft flyover noise[J].Applied Acoustics,2014,(84)10:99-106.

[15]ANSIS 3.4-2005 Procedure for the computation of loudness of steady sounds,2005.

[16]Barry Wark,N L Brian,F Adrienne.Sensory adaptation [J].Current Opinion in Neurobiology,2007,(17)4:423-429.

[17]WEI Sun,QIANG Fu,CHAO Zhang,et al.Loudness perception affected by early age hearing loss[J].Hearing Research,2014,(313)7:18-25.

Analysis of IdleAbnormal Sound of an SUV

JIN Bao,JIA Yan-Bin
（R&D Center of Great Wall Motor Company,HebeiAutomotive Engineering Technical Center, Baoding 071000,Hebei China）

The abnormal buzzing noise inside an SUV under idle condition was studied.Some methods,such as spectrum analysis,acoustic interactive filtering and subjective evaluation,were utilized to analysis the components of the abnormal noise frequency.Some noise source identification methods,such as the transfer path analysis,near field measurement, lead wrap etc.,were used to rapidly identify the abnormal noise sources.The engine timing-cover was found to be the main abnormal noise source.Finally,the structural optimization of the abnormal noise source was realized using modal analysis technique,and the radiation noise of the timing-cover was greatly reduced.The interior sound quality and the NVH performance of the vehicle were improved.

acoustics;noise source identification;abnormal noise;modal analysis;sound quality

TB533

A

10.3969/j.issn.1006-1335.2015.01.019

1006-1355(2015)02-0077-03+85

2013－12－16

靳豹(1982－)，男，河北保定人，碩士研究生。研究方向?yàn)槠嘚VH性能集成及控制。E-mail:myjinbao@sina.com