陳 克,毛書林,陽思遠

(沈陽理工大學 汽車與交通學院,沈陽110159)

遼寧省教育廳科學研究資助項目(LG201618)

陳 克(1965—),男,教授,博士.E-mail:chen_ke@163.com

動力總成懸置隔振性能與車內噪聲相干性分析

陳 克,毛書林,陽思遠

(沈陽理工大學 汽車與交通學院,沈陽110159)

為研究動力總成懸置振動對車內噪聲的影響,以某國產轎車為研究對象,在怠速工況下對動力總成懸置振動和車內噪聲進行測試.基于相干性理論,對動力總成懸置振動頻譜圖和車內駕駛員右耳位置噪聲頻譜圖比較分析,找出影響車內噪聲的懸置及其對車內噪聲影響較大的傳遞方向.結果表明,動力總成懸置隔振性能與車內噪聲相干性很好,尤其是左側懸置Z方向的振動對車內噪聲的影響最大.

動力總成; 懸置系統; 車內噪聲; 怠速; 相干性

車內噪聲決定了汽車的品質.車輛在行駛過程中,路面激勵產生的噪聲、空氣噪聲、輪胎噪聲和發(fā)動機的振動都會造成車內噪聲.就怠速工況而言,發(fā)動機運轉時產生的振動通過懸置傳至副車架,再傳至車身,進而引起車內噪聲.車內噪聲從傳遞路徑上可大體分為2類:由車身的孔隙傳播到車身內的噪聲,即空氣噪聲;由懸置系統和排氣系統吊耳引起車身振動而產生的噪聲,即結構噪聲[1-3].目前,為了降低動力總成振動激勵對車內的傳遞,減小車內噪聲,通常采用傳遞路徑的方法進行了車內噪聲源的識別,確定具體的振源,優(yōu)化動力總成懸置,降低怠速時整車振動[4-6].

本文通過對動力總成懸置系統振動加速度和駕駛員右耳位置的噪聲進行測試,應用相干性理論分析動力總成懸置振動加速度頻譜分布圖與噪聲頻譜分布圖,研究動力總成懸置系統對車內噪聲的影響,并識別出影響車內噪聲的懸置及對車內噪聲影響較大的傳遞方向,對懸置設計提出行之有效的改進方案,以便提高動力總成懸置系統的隔振性能,減小振動傳遞,降低車內噪聲,達到提高車輛乘坐舒適性的目的.

1 動力總成及懸置系統振動加速度測試

1.1實驗方法

發(fā)動機振動屬于6自由度的振動系統,主要存在3類振源:傾覆力矩、離心慣性力和力矩、往復慣性力和力矩.本次試驗采用測量3個懸置處加速度的方法,來評價動力總成懸置系統的整體隔振效果.試驗車輛為3點懸置,在靠近懸置的兩側布置加速度傳感器:一側為主動側,即靠近發(fā)動機的一側;另一側為被動側,即靠近車架一側.

試驗工況:在車輛怠速工況下進行熱車試驗,在試驗過程中變速器掛空擋,拉上手剎,結合離合器,車門和車窗關閉,車內乘坐一名駕駛員,待發(fā)動機轉速穩(wěn)定后600 r/min時開始進行測試.試驗儀器:24通道LMS噪聲振動測試儀,三向加速度傳感器,聲壓傳感器.

1.2懸置主、被動側振動加速度測試

圖1為加速度傳感器的布置.圖2～圖4為3個懸置主動側3個方向的加速度自功率譜.從3組圖中可以發(fā)現,動力總成在3個方向上的振動加速度的信號都大約在20 Hz,即發(fā)動機激振頻率處出現最大峰值,在動力總成系統的激振頻率附近，由于動力總成受到被迫振動和自由振動,加速度變化的幅值非常大,而后趨于穩(wěn)定.但對于左懸置點來說,在非激振頻率范圍內,動力總成懸置系統主動側仍然會出現幅值較小的加速度信號波動,就動力總成系統的整體而言,系統在Z方向上的振動加速度較突出,可認為怠速工況下,動力總成Z方向上的振動是影車內噪聲的主要方向.

圖1 左懸置處加速度傳感器的布置Fig.1The location of the accelerationsensor in the left mount

由于動力總成懸置在Z方向上的加速度值較其他兩個方向非常明顯,故懸置被動側加速度只給出Z方向的頻譜圖.圖5為左懸置、右懸置和后懸置被動側(車架處)加速度頻譜圖,加速度最大峰值如表1所示.

圖2 左懸置主動側加速度頻譜圖Fig.2 Acceleration spectrum of left mount active side

圖3 右懸置主動側加速度頻譜圖Fig.3 Acceleration spectrum of right mount active side

圖4 后懸置主動側加速度頻譜圖Fig.4 Acceleration spectrum of rear mount active side

圖5 懸置被動側Z方向加速度頻譜圖Fig.5 Acceleration spectrum of mount’s passive side in Z direction表1 主動側和被動側Z方向加速度-頻率表Tab.1 Acceleration-frequency of driven and passive side in Z direction

位置主動側峰值加速度/(m·s-2)主動側最大峰值頻率/Hz被動側峰值加速度/(m·s-2)被動側最大峰值頻率/Hz左懸置1．57919．680．47720．33右懸置1．27420．600．18320．50后懸置1．37519．620．17819．78

隔振效果好的懸置系統可以有效地減少發(fā)動機振動傳遞到車身.按照一般規(guī)則,懸置被動側的最大峰值應該小于懸置主動側最大峰值的1/10[7].對3個懸置的Z方向進行隔振性能評價,由表2可知,左懸置在Z方向上的隔振性能是3個懸置中表現最差的,相對于其他2個懸置,應著重左懸置的優(yōu)化以降低振動向駕駛室內傳遞.

表2 動力總成懸置系統隔振性能分析Tab.2Vibration isolation performance analyzationof power-train mount system

為了方便之后的懸置被動側振動和車內噪聲的相干性分析,對懸置被動側的加速度頻譜圖在LMS分析軟件中進行Waterfall處理,圖6為動力總成振動3個懸置的被動側振動加速度頻譜云圖.由圖6(a)～(c)可知,3個懸置之間的振動加速度是相互關聯的,在大約20 Hz左右處(發(fā)動機怠速工況下激振頻率)出現加速度峰值.

2 車內噪聲測試

在駕駛員右耳的位置布置聲壓傳感器,如圖7所示.試驗工況同上述試驗一致,圖8為駕駛員右耳位置的噪聲頻譜分布圖,大約在20 Hz時出現較為集中的噪聲,峰值噪聲為50 dB左右.

3 懸置系統振動與車內噪聲的相干性分析

相干性分析可以反映出振動加速度與噪聲2個信號之間的相關程度.提取噪聲信號與汽車某個部件近場噪聲或振動速度信號之間的相干函數,從而判斷噪聲是否來源于該總成或部件,進而實現噪聲源的識別[8].

圖6 3個懸置處振動加速度瀑布圖Fig.6 Acceleration waterfall plot of three mounts

圖7 聲壓傳感器的布置Fig.7 The location of the sound pressure sensor

圖8 駕駛員右耳噪聲瀑布圖Fig.8 Noise waterfall plot of driver’s right ear position

由圖6懸置被動側振動加速度頻譜分布云圖與圖8駕駛員右耳噪聲頻譜分布云圖進行相干性分析,可以直觀地發(fā)現3個懸置被動側的振動加速度與駕駛員右耳噪聲的相干性很好,尤其在發(fā)動機激振頻率20 Hz處,駕駛員右耳處噪聲達到峰值.通過觀察圖6中的瀑布圖,可初步斷定發(fā)動機的激振頻率是引起駕駛員右耳噪聲的主要原因,為了找出對駕駛員右耳噪聲影響較大的懸置位置,進行相干貢獻量的計算分析.

自功率譜密度Sxx(ω)的公式為

(1)

互功率譜密度Sxy(ω)的計算公式為

(2)

2個信號之間的影響程度可用相干函數來表示:

(3)

當相干函數小于1時,輸出信號不是完全由輸入信號產生,存在其他輸入信號的影響;相干函數越接近1,說明輸出信號受其他信號影響較少;當相干函數等于1時,輸出信號完全是由輸入信號產生的.

就汽車噪聲而言,車內噪聲屬于單輸出多輸入系統,為了排除干擾的輸入信號,可用相干功率譜來分析,相干功率譜Sjif表示在頻率f的一個近場噪聲信號x(t)對于接收點噪聲信號y(t)的影響程度和能量貢獻大小.其計算公式為

(4)

整個頻率段下輸入的貢獻量βi為[9]

(5)

根據式(4)和式(5)計算,得到車架處振動加速度和駕駛員右耳噪聲的相干貢獻量,如表3所示.很明顯地可以看出,左懸置被動側的貢獻量要多于其他2個懸置的被動側貢獻量,且左懸置的隔振效果最差.初步確定,在怠速工況下駕駛員右耳位置噪聲主要原因是動力總成振動引起的,其中影響較大的因素是左懸置點.

表3 激振頻率下的相干貢獻量Tab.3 Contribution of correlation for vibration frequency

表3所計算的是激振頻率下各個懸置對駕駛員右耳位置噪聲的相干貢獻量,對實驗獲得的怠速工況下信號,動力總成系統懸置處的Z方向的振動加速度與車內駕駛員右耳位置噪聲的相干曲線圖,可獲得整段頻率范圍的相干系數曲線,如圖9(a)～(c)所示.由圖9所示,在怠速工況下,動力總成懸置各個測試點與車內駕駛員右耳的偏相干系數0～40 Hz,60～80 Hz,120～200 Hz之間出現了較為明顯的變化,各個懸置被動側的峰值出現在20 Hz左右處,即發(fā)動機的激振頻率處.在60～80 Hz和120～200 Hz之間,相干系數也出現了峰值情況,在怠速工況的其他轉速下,也進行了相同的實驗.結果均表明,動力總成后懸置處被動側振動與車內駕駛員右耳位置噪聲相干性最大,右懸置被動側振動與后懸置被動側的振動次之.由于篇幅限制,本文只對針對怠速工況的一種情況進行闡述.可以推斷,怠速工況下,車內駕駛員右耳位置噪聲較大的原因是懸置較差的隔振性能引起的,其中左懸置的隔振性能在3個懸置中表現最差.

圖9 懸置Z方向加速度-車內噪聲相干函數曲線Fig.9 Coherence curve of acceleration-interior noise of three mounts in Z direction

4 結語

利用相干性分析原理,提取噪聲信號與汽車動力總成振動加速度信號之間的相干函數,從而計算出動力總成懸置振動對車內噪聲貢獻量大小,進而實現噪聲源的識別.

在怠速工況下,對動力總成懸置系統的振動加速度和駕駛員右耳噪聲測試,獲得了3個懸置主被動側的加速度及車內噪聲;通過對被動側振動加速度頻譜圖與駕駛員右耳噪聲頻譜圖進行相干性分析,被動側振動加速度與駕駛員右耳位置噪聲的相干性一致,計算各個懸置點的相干貢獻量,左懸置Z方向對車內噪聲影響最大,其貢獻達到63.4%.因此,應著重分析和優(yōu)化動力總成的左懸置,增加懸置Z方向的剛度來增加隔振性能,以提高整車的乘坐舒適性.

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Coherenceanalysisonvibrationisolationperformanceofpower-trainmountingandvehicleinteriornoise

CHENKe,MAOShulin,YANGSiyuan

(School of Automobile and Transportation,Shenyang Ligong University,Shenyang 110159, China)

In order to study the effect of power-train mount vibration on vehicle interior noise,taking a domestic vehicle as a study object to test its power-train mount vibration and interior noise under idling condition.Based on the theory of coherence,the effects of the power-train mounts and its vibration transfer direction on vehicle interior noise were determined by analysis the vibration spectrum of power-train mount and spectrum of vehicle interior noise in driver’s right ear position.The results show that the coherence is positive between vibration isolation performance of power-train mount and vehicle interior noise,especially the left mount in theZdirection has the most influence on interior noise.

power-train; mounting system; vehicle interior noise; idling condition; coherence

U 461.4

A

1672-5581(2017)04-0354-05