基于声腔隔断的某车型后排轰鸣声改善研究

孙召杰，马玉婷，赵晶宝，安孝文，周 涛 Sun Zhaojie，Ma Yuting，Zhao Jingbao，An Xiaowen，Zhou Tao

基于声腔隔断的某车型后排轰鸣声改善研究

孙召杰，马玉婷，赵晶宝，安孝文，周 涛 Sun Zhaojie，Ma Yuting，Zhao Jingbao，An Xiaowen，Zhou Tao

（中国第一汽车股份有限公司研发总院 汽车振动噪声与安全控制综合技术国家重点实验室 ，吉林 长春 130013）

某车型在加速工况、车速90～110 km/h、发动机转速1 600～1 900 r/min范围内，存在60 Hz左右的后排低频轰鸣声问题。通过模态分析、面板贡献量分析及NTF[2] （Noise Transfer Function，噪声传递函数）分析等仿真分析及试验手段，从传递路径方面，提出车身后轮罩处声腔填充隔断材料方案，有效地降低了车内后排轰鸣声。

轰鸣声；模态分析；NTF；声腔隔断

0 引 言

乘用车白车身大多由钢板冲压焊接而成，具有自身结构的整体模态和局部模态。车内空腔作为弹性体具有多阶空腔模态，在低频范围内与车身钣金结构振动耦合，产生耦合模态。这种低频耦合模态在激励作用下，在车内产生很高的压力脉动，引起不适感，这种现象称为轰鸣声[1-3]。

通过模态分析、面板贡献量分析及NTF[3] （Noise Transfer Function，噪声传递函数）分析等仿真分析及试验手段，从传递路径方面，提出车身后轮罩处声腔填充隔断材料方案，有效地降低了车内后排轰鸣声。

1 后排轰鸣声现象

发动机在某些特定转速工况下，车内产生轰鸣声，轰鸣声是一种在窄频段内相对较高能量的噪声，会给驾驶员和乘客带来不舒适感，甚至头晕恶心。目前市场上用户对汽车的NVH（Noise，Vibration，Harshness，噪声、振动与声振粗糙度）水平要求越来越严苛，因此车内轰鸣声的控制显得格外重要[1，4]。

某车型加速行驶时，后排乘员感受到强烈压耳的轰鸣声。通过客观测量，在6挡加速工况下，车速90～110 km/h、发动机转速1600～1900 r/min范围内，车内存在60Hz左右的低频轰鸣问题，如图1所示，亟待解决。

图1 某车型6挡加速工况车内后排2阶噪声测试结果[4]

2 后排轰鸣声传递路径分析

解决NVH问题主要从激励源、传递路径、响应等3个方面进行。激励源主要是发动机激励和路面激励；传递路径主要是悬置系统、进排气系统、传动系统、车身结构等[5]；响应主要表现为车身钣金与声腔耦合作用，在人耳处产生声压，如图2所示。

图2 后排轰鸣声传递路径分析

在进行车身结构设计时，车身的立柱、轮毂包及侧围等区域会形成很多相互连续的空腔结构，即旁路空腔[6]。这些空腔不仅影响整车气密性、空气声传播及结构声传播，而且影响与车身钣金之间的耦合关系；因此，对车身空腔进行隔断不仅能提升气密性水平，还能抑制噪声传递，提高整车 NVH 水平[7]。在量产车型的NVH问题解决过程中，受限于成本及时间因素，可通过附加措施找到快速优化途径，主要研究后侧围附近空腔结构优化。

2.1 模态分析

振动模态是弹性结构固有的特性，通过模态分析可了解车身结构在特定频率的振动特性。对某车型进行仿真和试验分析，后侧围外板和后轮罩外板区域都存在60Hz附近的结构模态和声腔模态，如图3所示。

图3 后轮罩外板局部模态60.5 Hz（全饰车身CAE）

2.2 面板贡献量分析

当外界激励通过车身结构对车内噪声产生影响时，车身面板（前围板、地板、顶盖、侧围板、车门板、行李厢板等结构）的动态特性和空腔声学特性都会影响车内噪声[6]。面板振动会引起附近空气的运动，面板的体积速度施加到声腔上，在人耳处形成声压。

建立某车型全饰车身模型及25个面板模型，如图4所示。经试验分析，某车型后排轰鸣声的主要激励来源于排气系统和传动系统；因此主要分析后排气吊钩连接点和后副车架连接点激励作用下25个面板到车内右后外耳的声学贡献量。后排气吊钩连接点激励下，在60Hz附近后备厢盖后部以及左、右后轮罩区域对车内后排乘客外耳噪声贡献量较大，如图5所示。后副车架连接点激励下，在60Hz附近顶盖后部以及左、右后轮罩区域对车内后排乘客外耳噪声贡献量较大，如图6所示。

图4 面板模型（25个）[6]

图5 全饰车身后排气吊钩连接点激励下60 Hz处面板对车内右后外耳声学贡献量[C7]

图6 全饰车身后副车架连接点激励下60 Hz处面板对车内右后外耳声学贡献量

由以上分析初步判定：在60 Hz附近后轮罩区域局部模态与声腔模态耦合是车内轰鸣声的原因之一。

后轮罩外板受限于焊序、夹具设计工艺及成本周期等因素，更改性价比低。在后轮罩区域空腔应用声腔隔断措施，更具有工程可行性。

3 声腔隔断措施验证

3.1 声腔隔断措施

吸声材料的吸声作用是乘用车重要的降噪措施。吸声材料一般具有立体网状连续多孔结构，能有效降低声音在材料内部的传播能量。吸音棉作为声学包常用材料之一，能有效填充后轮罩区域的空腔，也起到了隔振和吸声的作用[8]。

3.2 优化措施仿真分析

模拟后轮罩区域填充声腔隔断，如图7所示，分别进行NTF分析和面板贡献量分析，用来确认最佳实施方案。优化后各激励点到右后外耳的NTF、左侧C柱及后侧围附近结构到右后外耳的贡献量在60Hz附近都有所降低，如图8、图9所示。外界激励不变的情况下，声腔局部修改相当于优化了声传递函数，人耳处的声压产生变化。

图7 全饰车身后轮罩区域优化前、后对比

图8 后排气吊钩右外固定点Z向NTF曲线[C8]

图9 左后侧围附近结构到右后外耳的贡献量[C9]

3.3 声腔隔断方案试验验证

某车型后轮罩区域空腔内填充隔断材料后如图10所示，在6挡加速（80 km/h加速到140 km/h）工况下，分析1 800 r/min附近后排2阶噪声变化，如图11所示，通过试验验证后轮罩空腔最佳优化方案。

图10 某车型后轮罩区域填充隔断材料方案

图11 填充隔断方案右后外耳处2阶噪声结果[C10]

根据后轮罩区域空腔大小以及成本周期，从常用的汽车声学包材料中选用面密度为2400g/m2的PET[C11] （Polyethylene Terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯）吸音棉（图12）。PET吸音棉成型好重量轻，可有效填充后轮罩外板和后侧围之间的空腔区域，且行李厢侧护面安装后能有效固定其位置。

通过整车试验验证最终方案，6挡加速（90km/h加速到100km/h）工况下，在1800 r/min附近后排2阶噪声下降1.1dB（A），车内后排轰鸣声有效降低。

图12 某车型后轮罩区域填充材料最终方案

4 结 论

解决NVH问题主要从激励源、传递路径、响应等3个方面进行。主要从传递路径方面选取最佳的性能提升方案，提出在后轮罩区域填充隔断材料方案，优化声振传递路径，有效降低某车型后排轰鸣声。

（1）车身空腔不仅影响整车气密性、空气声传播及结构声传播，而且影响与车身钣金之间的耦合关系。对车身空腔结构进行隔断不仅能提升气密性水平，还能抑制噪声传递，提高整车NVH水平。

（2）某车型在60 Hz附近，后轮罩区域局部模态与声腔模态耦合是车内轰鸣声的原因之一。后轮罩区域添加隔断材料后，在1 800 r/min附近后排2阶噪声下降1.1 dB（A），车内后排轰鸣声有效降低。

（3）选择吸声材料优化声腔结构，达到了平衡整车NVH性能、成本和轻量化的要求。

[1]王海涛，刘鹏，李平，等. 关于某SUV车内轰鸣声的分析与研究[J]. 汽车工程学报，2012（2）：464-467.

[2]李玉洁，王小龙，潘威. 基于CAE分析的某SUV车内轰鸣声控制研究[J]. 汽车实用技术，2016（8）：78-80.

[3]HYO-SIG K，SEONG-HO Y. A Design Process Using Body Panel Beads for Structure-Borne Noise[J]. SAE Technical Paper，2007-01-1540.

[4]赵静，周鋐，梁映珍. 轿车乘坐室轰鸣声的分析与控制研究[J]. 汽车技术，2009（10）：16-20.

[5]成亚南，周权，徐艳平，等. 基于仿真分析的车内轰鸣声控制方法：2013中国汽车工程学会年会论文集[C]. 北京：中国汽车工程学会，2013：1395-1401.

[6]庞剑. 汽车车身噪声与振动控制[M]. 北京：机械工业出版社，2015：115-118，214-216.

[7]李政锐，黄超勇，谢明睿，等. 基于气密性提升及成本控制的车身空腔隔断应用[J]. 研究与开发，2016（9）：23-28.

[8]石腾龙，黄江玲，梁军，等.双组分吸声棉在汽车声学包中的应用：2015中国汽车工程学会年会论文集[C]. 上海：中国汽车工程学会，2015：1763-1766.

U461.4

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2020.01.003

1002-4581（2020）01-0010-04