某MPV车型低频路噪轰鸣问题优化

黄超勇，钟秤平，殷和顺，洪 聪，吴 训，万骏武

某MPV车型低频路噪轰鸣问题优化

黄超勇，钟秤平，殷和顺，洪 聪，吴 训，万骏武

（江铃汽车股份有限公司 江西省汽车噪声与振动实验室，江西 南昌 330001）

针对某多用途汽车（MPV）车型开发过程中存在的低频路噪轰鸣问题，通过整车传递路径以及响应分析，确定轰鸣问题由路面激励与尾门模态耦合引起。文章研究了尾门限位块刚度、尾门动力吸振器、尾门复合车身解决方案（CBS）的优化效果，最终选用增加尾门CBS方案解决了低频路噪轰鸣问题，有效提升车辆行驶中的乘车品质。

低频路噪；MPV车型；轰鸣；传递路径；响应分析

随着现代生活水平的逐渐提高，消费者对汽车的要求不再局限于纯粹的代步工具，越来越多的消费者开始关注汽车的驾驶乐趣和乘坐品质，而汽车噪声、振动与声振粗糙度（Noise, Vibration, Harshness, NVH）性能在行驶过程中能够给予消费者最直观的感受，因此，NVH性能已逐渐成为评价汽车品质好坏的重要指标[1]。

路噪是汽车NVH性能重要指标，主要产生机理是轮胎与地面摩擦产生的激励，通过空气或悬架传递至车身钣金进而辐射至人耳。对于路面激励引起的噪声，按问题产生的频率和人的主观评价分为以下4种[2]：1）轰鸣声（booming），道路不规则导致的低频轰鸣声，常伴有压耳感，频率范围约为在20～60 Hz；2）隆隆声（rumble），粗糙路面上轮胎滚动的轰隆声，对应频率范围约为60～180 Hz；3）轮胎空腔噪声（tire ring），对应频率为200 Hz左右；4）轮胎花纹噪声对应频率一般在400 Hz以上，且噪声频率与车速相关。目前低频路噪问题仍是行业难题，优化难度较大，且样车生产出来后再更改结构将面临成本高、周期长的问题，严重影响项目投产[3]。

针对某MPV车型开发阶段，整车匀速工况下车内存在低频路噪问题进行研究，按照激励源、响应分析、传递路径分析思路进行了问题的排查确认，确定车门模态耦合引起的低频路噪问题，并在不大幅改动尾门钣金结构的前提下，提出三种尾门路噪优化方案。

1 问题描述

某开发样车在水泥刻纹路（见图1）50 km/h工况下，车内存在明显的类似打鼓的“嗡嗡”噪声，严重影响整车行驶过程中的乘车品质。

图1 水泥刻纹路

为识别引起该低频路噪声的频率，采用LMS振动噪声分析仪器，在主驾头枕靠车外侧布置麦克风，测试样车50 km/h匀速行驶的噪声数据，对测试结果进行频谱分析（见图2），发现40 Hz峰值能量较大，使用滤波软件消除该峰值后，“嗡嗡”声消失，判断该低频路噪声问题频率为40 Hz。

图2 水泥刻纹路车内前排噪声声压级测试结果

2 问题排查及分析

根据车辆结构推测该低频路噪声产生机理，当车轮在刻纹路面匀速行驶时，刻纹路面会激励轮胎，振动从轮胎胎面传递至轮芯，再从前/后减振器、前副车架、板簧及空气悬挂路径传递至车身，最终激励起车身板件模态，车身板件模态与车身声腔耦合，进而产生车内低频压耳噪声，如图3所示。

图3 路噪产生机理

据此路径发现，底盘系统及车身系统对车内噪影响较大，需依次排查。

2.1 底盘传递路径分析

在底盘横向稳定杆、前副车架、前/后减振器、板簧/空气悬挂安装点布置振动传感器，并进行测试（工况：匀速50 km/h），发现后悬的减振器及板簧架振动在40 Hz附近存在峰值（见图4），判断其为主要传递路径。

图4 水泥刻纹路后悬挂振动测试结果

为了进一步确定主要零部件贡献度，需要对减振器、板簧进行振动测试分析。

2.1.1减震器贡献度分析

拆除后悬减震器，断开与车身连接点，经过匀速50 km/h道路测试优化不明显，判断减振器非主要路径，如图5所示。

图5 拆除减震器后车内前排噪声声压级优化结果

2.1.2板簧贡献度分析

降低板簧刚度，经过道路测试可知，车内噪声优化了3.2 dB(A)，如图6所示。但由于导致承载能力下降以及对动态影响较大，无法工程化。

图6 板簧降刚度后车内前排噪声声压级优化结果

2.2 车身排查

同步测试问题工况车身钣金件振动情况，发现尾门振动与问题频率相对应，如图7所示。

图7 车内前排噪声声压级及尾门振动测试结果

进行尾门模态测试及仿真，发现尾门40.76 Hz左右存在外板二阶模态，与声腔纵向一阶模态（40.21 Hz）耦合，结果如图8及表1所示，需改变尾门外板二阶模态，避免与声腔模态耦合。

图8 车身声腔模态（40.21 Hz）

表1 CAE仿真及NVH实测尾门前三阶模态

序号模态振型频率/Hz CAE仿真NVH实测 1X向平动19.0820.82 2整体扭转25.6326.15 3外板弯曲40.7640.43 4声腔模态40.21

2.2.1尾门限位块方案

尾门限位块可改变尾门约束状态，进而影响尾门振动灵敏度和模态频率[4]，尝试将尾门限位块硬度由65下降到55，压缩量由2 mm降低到1 mm，尾门模态降低1～2 Hz，道路实测结果显示，车内噪声优化了1.52 dB(A)，如图9所示。但是存在颠簸路面异响较为严重，无法接受，方案不可行。

图9 尾门限位块降硬度后车内前排噪声声压级优化结果

2.2.2尾门动力吸振器方案验证

动力吸振器可衰减特定频率振动，降低振动灵敏度[5]。在问题样车尾门增加两个动力吸振器，如图10所示，动力吸振器频率最终锁定为（40± 2.5）Hz。

图10 尾门增加动力吸振器

图11 尾门增加动力吸振器优化前后车内噪声曲线图

进行实车道路试验验证，并与基础数据进行对比，结果如图11所示。

图11实线为基础状态车内噪声及尾门振动测试结果，点线为尾门增加动力吸振器的车内噪声及尾门振动测试结果。对比分析两种测试结果可得，优化后对整车匀速50 km/h水泥刻纹路噪声进行了改善；其中在40 Hz左右频率车内整体噪声声压级优化约6 dB(A)，乘员主观驾评完全可以接受。最终验证了该低频路噪问题通过优化尾门 40 Hz附近振动方法的有效性。

但由于增加两个动力吸振器，尾门质量增加较多，尾门撑杆支撑力不足，存在低温撑杆保持力失效问题，故此方案无法实施。

2.2.3尾门CBS方案验证

复合车身解决方案（Composite Body Solutions, CBS）是一种用于加强汽车局部或整体结构刚性的三维结构嵌件。在问题样车尾门内外板间增加CBS（见图12）后，尾门外板模态在问题频率提升2 Hz左右（见表2），避开车身声腔模态，减少因模态耦合引起的噪声。

图12 尾门增加CBS示意图

表2 增加CBS前后尾门模态变化情况

序号模态振型频率/Hz 尾门未加CBS尾门加CBS 1X向平动19.0820.46 2扭转25.6325.95 3外板弯曲40.7642.38 4声腔模态40.21

为进一步验证尾门增加CBS对改善低频路噪噪声有效性，进行实车道路试验验证，采集整车匀速50 km/h水泥刻纹路工况下车内的噪声振动数据，并与基础数据进行对比，结果如图13所示。

图13实线为基础状态车内噪声及尾门振动测试结果，点线为尾门增加CBS的车内噪声及尾门振动测试结果。通过对比分析两种测试结果可知，优化后对整车匀速50 km/h水泥刻纹路噪声进行了改善，其中在40 Hz左右频率车内整体噪声声压级优化约9 dB(A)，乘员主观驾评完全可以接受，优于尾门增加动力吸振器状态。

图13 尾门增加CBS优化前后车内噪声图

3 结论

低频路噪问题的影响因子较多，后期解决成本高，是各大主机厂开发过程的难题，本文针对某MPV样车低频路噪问题，重点研究了尾门优化方案，结论如下：

1）尾门限位块降刚度，可以降低尾门频率，对低频路噪有改善，可以作为后期优化方向之一，但要兼顾尾门异响性能；2）尾门动力吸振器方案可以明显优化低频路噪问题，可以在设计前期做好方案预留；3）尾门CBS方案在不大改尾门结构基础上，提高尾门模态，可以明显优化整车低频路噪问题。本文研究思路及解决方案可供解决类似低频路噪问题参考。

[1] 段龙杨.某运动型多功能车车内轰鸣噪声分析与控制方法研究[D].长春:吉林大学,2010.

[2] 李春楠.基于传递路径分析的整车路噪优化研究[D].长春:吉林大学,2020.

[3] 吴文栋.某SUV车内低频轰鸣声问题分析与优化[J].广西科技大学学报,2020,31(6):86-92.

[4] 赵伟丰,王文彬,周浩东.车内低频路噪问题的分析与控制[J].噪声与振动控制,2019,39(3):142-146.

[5] XIE M Q,WANG L G,HUANG Y.Design and Perfor- mance Study of Clutch Disc Assembly of Wide-angle, Large-hysteresis,Multistage Damper[J].Chinese Journal of Mechanical Engineering,2021,34(3):358-370.

Optimization on the Problem of Low-frequency Road Noise and Booming for a MPV Model

HUANG Chaoyong, ZHONG Chengping, YIN Heshun, HONG Cong, WU Xun, WAN Junwu

( Jiangxi Vehicle Noise and Vibration Lab, Jiangling Motors Company Limited, Nanchang 330001, China )

In view of the low-frequency road noise and booming problem in the development process of a multi-purpose vehicle(MPV),the transmission path and response of the vehicle are analyzed,and it is determined that the roar problem is caused by the modal of tailgate and the road excitation resonance.The optimization effect of the tailgate limit block stiffness,the tailgate dynamic vibration absorber and the tailgate composite body solutions(CBS) are studies in this paper.Finally, the solution of adding the tailgate CBS is selected to solve the problem of low-frequency road noise and booming, and effectively improve the riding quality of the vehicle.

Low-frequency road noise;MPV model;Booming;Transmission path;Response analysis

U491.9+1

A

1671-7988(2023)20-97-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.020.019

黄超勇（1983－），男，硕士，高级工程师，研究方向为汽车振动及噪声控制技术，E-mail:13767487189@163.com。