基于传递路径的车内轰鸣声解析与优化

摘 要：本文阐明了乘用车车内轰鸣声的产生机理，并介绍了轰鸣声的分析c控制方法。文中按照“激励源-传递路径-响应”的分析思路，对某SUV车型的车内轰鸣声进行了详细的试验与分析，找出了该车车内轰鸣声的主要问题。针对该车高转速车内轰鸣声过大的问题，重点分析了前减振塔及加强横梁、前围防火墙、前风挡玻璃对其车内轰鸣声的影响程度。通过优化前围与前风挡玻璃支撑刚度，降低车身振动，有效地缓解了高转速段的车内轰鸣声问题。通过本文的试验与分析，为高转速段车内轰鸣声的改善提供了成功的解决方案和改进措施，具有较大的工程参考价值。

关键词：轰鸣音；激励源；传递路径；优化

中图分类号：U467 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2017）04-0030-05

Abstract： This paper illustrated the mechanism of passenger vehicle interior booming noise， then introduced the analysis and controlled method. The paper analyzed a SUV interior booming noise in detail by “excitation source， transfer path and response” method and found out the main reason of the booming noise. Aiming at the high speed booming noise of this vehicle， analyzed the strut tower， tower reinforcement， front dash panel and windshield glass vibration. By enhanced the front dash panel and windshield support stiffness， reduced the vehicle vibration， and effectively alleviated the high speed interior booming noise. Through test and analysis in this paper， it provided successful solutions and improvement measures for vehicle high speed booming noise. It had great reference value for engineering.

Key Words： booming noise； excitation source； transfer path； optimization

随着人们生活水平的提高，消费者对乘用车的舒适性要求越来越高。汽车技术的不断发展与更新，汽车行业间的竞争日益白热化，汽车NVH性能已成为区分汽车好坏最为直接的标准之一。

加速时车内轰鸣声是整车NVH性能的一个重要评价指标。本文对某自主SUV在开发过程中出现的加速轰鸣音过大问题进行了详细的试验与分析，按照“激励源-传递路劲-响应”的分析思路，着重分析了车内高速轰鸣音的产生原因及影响因素。重点分析了前减振塔及加强横梁、前围防火墙、前挡风玻璃对车内加速轰鸣音的影响，针对具体的问题提出了相应地解决措施。同时进行了试验验证，证实所提出的改进措施是可行的、有效的，可广泛地用于实际的工业化需求中。

1 轰鸣声产生机理与控制

1.1 轰鸣声产生机理

乘用车车身壁板由多块薄钢板冲压后焊接而成，具有自身的结构模态。而车身内部封闭的空气也会形成许多振动模态或声腔模态，当密闭空腔内的空气受到压缩时，就会产生纯体积变化，展现出很高的阻抗，与车身结构振动产生强烈的耦合作用[1]。轰鸣声主要是由于车身板件振动与空腔的声腔模态发生耦合而产生的低频噪声。

轰鸣声为低频噪声，按照激励种类可分为：动力总成产生的轰鸣声，主要集中在25-200Hz，对于常用的直列四缸四冲程发动机，主要由发动机二阶不平衡量引起车身结构振动与腔体模态耦合产生的[2]，特别是大功率、高转速发动机，其引起的高转速轰鸣声尤为突出。路面行驶轰鸣声，频率范围为30-50Hz，由轮胎径向刚度变化、偏心以及路面冲击产生的。排气系统轰鸣声，由排气管道中不稳定的气流对管道产生冲击引发排气系统共振产生的。

1.2 轰鸣声控制

在汽车设计中，解决轰鸣声问题的重点是找到激励源并减小激励力。在汽车动力总成选型初期，应充分考虑所选发动机的动力学特性，了解其振动激励特性。对于往复活塞式直列四缸四冲程发动机，其内部惯性力系中的不平衡力和力矩是引起振动和噪声的重要激励源。主要存在沿气缸中心线方向和曲轴旋转方向的二阶振动[3]，其主要考虑二阶不平衡力源，由往复惯性力Fj及其惯性力矩Tj和燃烧气体力矩Tg组成：

式中：mj 为活塞连杆组往复当量质量；r为曲柄半径；D为活塞直径；λ为连杆比，λ=r/l，l为连杆长度；ω为发动机曲轴的转动角速度。

从公式中可知：其二阶不平衡力系以2倍于发动机转速的规律变化；往复惯性力和力矩与曲轴角速度的平方成正比，其大小将随转速急剧增加。如果发动机装有配重平衡机构，则发动机内的不平衡力及力矩就可以抵消[4]。

在实际中，通常很难在激励源上开展工作。针对这种情况，可以通过改变振动传递路径和车身结构来降低轰鸣声。影响乘用车车内轰鸣声的主要传递路径有：发动机悬置、排气吊耳、传动轴及车身悬架连接等[5]。车身的重要板件：前防火墙、前风挡、前地板及顶棚等也是形成轰鸣声的重要因素，若板件刚度不足，极易跟车身空腔模态耦合而产生强烈的轰鸣声。另外一种比较有效的解决方案是采用主动噪声控制，该方法的技术要求及成本均很高。