邵立軍 李京福 鄂世國(guó) 喬鑫

（華晨汽車工程研究院）

隨著人們對(duì)汽車舒適性要求的不斷提高，NVH 性能變得越來越重要。路面噪聲是NVH 性能的重要評(píng)價(jià)內(nèi)容，主要集中在30～300 Hz 的低頻范圍，容易引起乘員的不適感，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)饜盒暮蛧I吐等現(xiàn)象[1]，嚴(yán)重影響乘坐舒適性及整車品質(zhì)。而路面激勵(lì)引起的振動(dòng)和噪聲是汽車在行駛過程中不可避免的，因此采取仿真技術(shù)在設(shè)計(jì)初期階段對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)和規(guī)避，對(duì)縮短開發(fā)周期、降低研發(fā)成本和提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

1 問題描述

對(duì)某SUV 數(shù)字樣車階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真分析，建立該數(shù)字樣車帶內(nèi)飾車身和聲腔的模型，對(duì)其進(jìn)行聲學(xué)靈敏度（NTF）分析，得到車身與底盤接附點(diǎn)到車內(nèi)噪聲響應(yīng)點(diǎn)各條路徑的噪聲傳遞函數(shù)。由于該數(shù)字樣車處于開發(fā)早期階段，尚無工裝樣車，故借用同平臺(tái)現(xiàn)有標(biāo)桿車在粗糙路面60 km/h 定速工況下所測(cè)得的車身與底盤接附點(diǎn)處的激勵(lì)力，作為該數(shù)字樣車路面實(shí)際激勵(lì)噪聲分析的激勵(lì)源。在LMS Virtual.Lab 軟件中建立該數(shù)字樣車路面實(shí)際激勵(lì)噪聲分析模型，得到其右后排乘員內(nèi)耳處的噪聲響應(yīng)，如圖1 所示。該車路面實(shí)際激勵(lì)噪聲在54 Hz 左右，超過目標(biāo)值且高于同平臺(tái)現(xiàn)有標(biāo)桿車，存在較大路噪的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 數(shù)字樣車與標(biāo)桿車右后排乘員內(nèi)耳處的噪聲響應(yīng)對(duì)比

2 問題分析

欲找出路面噪聲的主要影響因素，首先要分析對(duì)路面激勵(lì)傳遞起主要作用的車身與底盤接附點(diǎn)的動(dòng)剛度特性，進(jìn)而求取接附點(diǎn)到人耳的噪聲傳遞函數(shù)；還要對(duì)路面噪聲傳遞路徑上的零部件進(jìn)行模態(tài)分析及聲腔模態(tài)分析等，找出路面噪聲的重要影響因素和主要貢獻(xiàn)量[2]。本案例中，該數(shù)字樣車與采集激勵(lì)力的標(biāo)桿車為同平臺(tái)打造，底盤及車身結(jié)構(gòu)具有極大的通用性和相似性，車身與底盤接附點(diǎn)局部結(jié)構(gòu)并無差異，因而將傳遞路徑分析、噪聲傳遞函數(shù)分析、聲腔模態(tài)和節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量作為重點(diǎn)分析對(duì)象。

2.1 傳遞路徑分析

根據(jù)傳遞路徑分析方法[3]，車內(nèi)噪聲總響應(yīng)與激勵(lì)力和傳遞函數(shù)的關(guān)系可表示為：

式中：R——車內(nèi)噪聲總響應(yīng)，Pa；

Fi——某一個(gè)激勵(lì)力，N；

Fn，t，i——該激勵(lì)力到響應(yīng)點(diǎn)的噪聲傳遞函數(shù)，Pa/N；

n——激勵(lì)力或噪聲傳遞函數(shù)的個(gè)數(shù)。

該數(shù)字樣車車身與底盤接附點(diǎn)共16 個(gè)，所以接附點(diǎn)到右后排乘員內(nèi)耳處的傳遞路徑共48 條，各路徑對(duì)右后排乘員內(nèi)耳響應(yīng)的貢獻(xiàn)量，如圖2 所示。從圖2 可見，在54 Hz 處后副車架（與車身柔性連接）左后安裝點(diǎn)Y 向和后副車架左前安裝點(diǎn)Z 向?qū)τ液笈懦藛T內(nèi)耳響應(yīng)的貢獻(xiàn)量最大。

圖2 各噪聲傳遞路徑對(duì)右后排乘員內(nèi)耳響應(yīng)的貢獻(xiàn)量

2.2 噪聲傳遞函數(shù)分析

后副車架左后安裝點(diǎn)Y 向和左前安裝點(diǎn)Z 向到右后排乘員內(nèi)耳的噪聲傳遞函數(shù)曲線，如圖3 所示。從圖3 可見，這2 條曲線在54 Hz 左右存在峰值，明顯超過目標(biāo)值且高于同平臺(tái)現(xiàn)有標(biāo)桿車。判定這2 條路徑下的噪聲傳遞函數(shù)對(duì)路面噪聲問題起到主要作用。

圖3 后副車架安裝點(diǎn)到右后排乘員內(nèi)耳的噪聲傳遞函數(shù)對(duì)比

2.3 聲腔模態(tài)分析

相比于同平臺(tái)現(xiàn)有標(biāo)桿車，該SUV 數(shù)字樣車在車身地板及上車身造型等方面有變化，駕駛室聲腔體積存在一定差異，所以有必要對(duì)其聲腔模態(tài)進(jìn)行仿真分析[4]。通過聲腔模態(tài)分析，得到其1 階模態(tài)頻率為52.83 Hz，振型為縱向伸縮，如圖4 所示。該模態(tài)頻率與路面噪聲問題和NTF 曲線峰值所在頻率相吻合，初步推斷路面噪聲問題是由于車身結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)與聲腔1 階模態(tài)耦合引起。

圖4 數(shù)字樣車聲腔1 階模態(tài)振型

2.4 節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量分析

傳遞路徑分析確定了引起路噪問題的主要路徑，但在該路徑下具體是車身的哪些板件起到了主要作用尚不明確，因此需要進(jìn)行節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量分析[5]。節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量分析是把聲腔內(nèi)的響應(yīng)分解為流固耦合面上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)，因此可以根據(jù)耦合面上貢獻(xiàn)較大的位置找出車身結(jié)構(gòu)上對(duì)應(yīng)的板件。該數(shù)字樣車在流固耦合面上節(jié)點(diǎn)的貢獻(xiàn)量分布，如圖5 所示。圖6 示出數(shù)字樣車車身板件振動(dòng)位移云圖。在問題頻率處對(duì)后副車架左前安裝點(diǎn)（圖6 中綠圈位置）Z 向到右后排乘員內(nèi)耳的噪聲傳遞函數(shù)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量分析，得到流固耦合面上貢獻(xiàn)較大的節(jié)點(diǎn)，如圖5 橙紅色區(qū)域所示，相應(yīng)的車身板件振動(dòng)位移較大位置，如圖6 中橙紅色區(qū)域所示。

圖5 數(shù)字樣車流固耦合面上節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量分布

圖6 數(shù)字樣車車身板件振動(dòng)位移云圖

3 優(yōu)化方案

通過上述分析可知，車身后地板受激勵(lì)振動(dòng)與聲腔1 階模態(tài)耦合是問題的主要原因，因此需要采取措施對(duì)該地板進(jìn)行加強(qiáng)以抑制其振動(dòng)。經(jīng)過多種方案比對(duì)和驗(yàn)證，最終選定優(yōu)化方案為在車身后地板橫梁之間增加一縱向連接件，如圖7 所示。

圖7 車身后地板優(yōu)化方案示意圖

優(yōu)化后仿真分析結(jié)果相比原狀態(tài)有極大改善，優(yōu)化后后副車架左后安裝點(diǎn)Y 向和左前安裝點(diǎn)Z 向到右后排乘員內(nèi)耳這2 條路徑下的噪聲傳遞函數(shù)，如圖8所示。右后排乘員內(nèi)耳的路面實(shí)際激勵(lì)噪聲響應(yīng)，如圖9 所示。在項(xiàng)目開發(fā)后續(xù)階段中，該SUV 工裝樣車的實(shí)車測(cè)試表現(xiàn)良好，未發(fā)現(xiàn)明顯的路面噪聲問題。

圖8 優(yōu)化后后副車架安裝點(diǎn)到右后排乘員內(nèi)耳的噪聲傳遞函數(shù)對(duì)比

圖9 車身地板優(yōu)化后右后排乘員內(nèi)耳處的噪聲響應(yīng)對(duì)比

4 結(jié)論

利用CAE 仿真分析手段，在數(shù)字樣車階段預(yù)測(cè)了某SUV 路面實(shí)際激勵(lì)噪聲的潛在風(fēng)險(xiǎn)。通過傳遞路徑分析，確定了后副車架左后安裝點(diǎn)Y 向和左前安裝點(diǎn)Z 向到右后排乘員內(nèi)耳這2 條路徑對(duì)路面噪聲問題貢獻(xiàn)最大；通過聲學(xué)靈敏度分析，確定在問題頻率這2 條路徑下的噪聲傳遞函數(shù)較大是問題的主要原因；通過聲腔模態(tài)分析，判定該路噪問題是由于車身結(jié)構(gòu)振動(dòng)與聲腔1 階模態(tài)耦合引起；通過節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量分析，查找出對(duì)噪聲響應(yīng)貢獻(xiàn)較大的板件，并對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。后續(xù)階段中該SUV 工裝樣車經(jīng)實(shí)際測(cè)試，路面噪聲表現(xiàn)良好，體現(xiàn)了仿真分析對(duì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)的重要性和對(duì)設(shè)計(jì)開發(fā)的指導(dǎo)意義。