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某車型加速車內(nèi)聲品質(zhì)問題的分析與優(yōu)化

郟 超

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

針對某運(yùn)動(dòng)型多用途汽車（SUV）車型加速車內(nèi)聲品質(zhì)較差問題，論文通過噪聲頻譜分析、模態(tài)測試及擾動(dòng)驗(yàn)證等方法，確認(rèn)該問題為壓縮機(jī)總成模態(tài)被動(dòng)力總成激勵(lì)所引起，提升壓縮機(jī)總成模態(tài)是解決問題的方向。借助計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）分析手段尋找優(yōu)化方案，建立有限元模型，分析原壓縮機(jī)總成一階模態(tài)與所發(fā)生噪聲頻率接近。通過CAE優(yōu)化壓縮機(jī)支架，加強(qiáng)與發(fā)動(dòng)機(jī)本體的連接，壓縮機(jī)總成一階模態(tài)頻率提升至465 Hz。通過實(shí)車驗(yàn)證，更換所選方案的支架后，車內(nèi)205～250 Hz共振帶明顯減弱，壓縮機(jī)向振動(dòng)及車內(nèi)噪聲在205～334 Hz區(qū)間大幅減弱，整車加速車內(nèi)噪聲品質(zhì)得到提升。

加速聲品質(zhì)；壓縮機(jī)支架；模態(tài)測試；CAE分析

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，用戶對汽車產(chǎn)品的感知質(zhì)量要求越來越高，從汽車噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度（Noise, Vibration, Harshness, NVH）控制的最基本“減振降噪”向“聲品質(zhì)控制”轉(zhuǎn)變，車內(nèi)聲品質(zhì)已經(jīng)成為汽車重要組成部分[1]。

近年來，汽車聲品質(zhì)取得了一定研究成果。裴旭等[2]利用遺傳算法改進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Genetic Algorithm-Back Propagation, GA-BP）建立聲品質(zhì)預(yù)測模型，對響度和粗糙度進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果設(shè)計(jì)基于FeLMS算法的主動(dòng)降噪（Active Noise Cancellation, ANC）系統(tǒng)，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證，為改善勻速車內(nèi)聲品質(zhì)提供了有效方法。程雪利等[3]通過優(yōu)化車門系統(tǒng)內(nèi)板結(jié)構(gòu)，改善車門系統(tǒng)玻璃升降聲品質(zhì)。周曉杰等[4]研究得出進(jìn)氣歧管間隔汽缸活塞缸的歧管長度相差越大，進(jìn)氣半階次噪聲越大，即通過改變進(jìn)氣歧管的歧管長度可以增加或減少某些特定頻率噪聲的結(jié)論，并以此為依據(jù)，正向設(shè)計(jì)一款進(jìn)氣歧管，使進(jìn)氣半階次噪聲較原方案整體提高，提升了車輛的運(yùn)動(dòng)感，改善了進(jìn)氣聲品質(zhì)。

綜上所述，針對汽車聲品質(zhì)，現(xiàn)已在勻速聲品質(zhì)、玻璃升降聲品質(zhì)、進(jìn)氣聲品質(zhì)等方面取得了一些研究成果，但在加速聲品質(zhì)方面研究相對較少。汽車加速噪聲不平順是汽車加速聲品質(zhì)問題的一種。車輛在加速行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)工作粗暴，容易將噪聲振動(dòng)傳進(jìn)車內(nèi)，給駕駛員和乘客以不良的感受。發(fā)聲頻率通常為單一或共振帶，共振中心頻率基本分布在200～700 Hz。某運(yùn)動(dòng)型多用途汽車（Sport Utility Vehicle, SUV）車型存在整車急加速聲音不平順的問題，主觀感覺類似于跑車的咆哮聲，影響加速聲品質(zhì)，易引起顧客抱怨。本文圍繞該問題展開，通過噪聲頻譜分析、模態(tài)測試及擾動(dòng)驗(yàn)證等手段，確認(rèn)問題原因，借助計(jì)算機(jī)輔助工程（Computer Aided Engineering, CAE）尋找優(yōu)化方案，最后進(jìn)行樣件驗(yàn)證，達(dá)到改善加速聲音的不平順的目的，提升了汽車加速聲品質(zhì)。

1 問題確認(rèn)

某SUV車型試驗(yàn)技術(shù)員反饋試制車輛存在急加速粗糙聲問題，針對該問題對車輛進(jìn)行了主觀評價(jià)和客觀測試。采集三擋全油門加速工況（Wide Open Thlollle, WOT）加速車內(nèi)駕駛員耳旁噪聲數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示，加速車內(nèi)噪聲存在240 Hz寬頻共振帶，主觀評價(jià)急加速存在粗糙感。

2 原因分析

通過數(shù)據(jù)分析，初步判斷該噪聲為發(fā)動(dòng)機(jī)附件導(dǎo)致，在壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)向助力泵上布置振動(dòng)傳感器，測試發(fā)現(xiàn)，壓縮機(jī)本體振動(dòng)同樣存在240 Hz共振帶，因此，初步判斷問題是壓縮機(jī)引起。為驗(yàn)證這一判斷測試了壓縮機(jī)和支架總成的約束模態(tài)，所有測點(diǎn)結(jié)果顯示，壓縮機(jī)和支架總成在230～260 Hz范圍內(nèi)存在較多模態(tài)，如圖1所示。與加速車內(nèi)噪聲240 Hz寬頻共振帶存在耦合。

圖1 壓縮機(jī)+支架模態(tài)響應(yīng)曲線

為進(jìn)一步驗(yàn)證，在實(shí)車上進(jìn)行了質(zhì)量擾動(dòng)驗(yàn)證，通過在壓縮機(jī)本體上配重，抑制壓縮機(jī)本體振動(dòng)響應(yīng)。

再次測試車內(nèi)噪聲，對比原狀態(tài)與擾動(dòng)后狀態(tài)測試數(shù)據(jù)，主駕240～260 Hz共振帶明顯減弱，從頻譜可顯示該頻率帶上分貝值降低3 dB(A)以上，如圖2所示。

綜上分析可知，該車型加速車內(nèi)聲品質(zhì)問題根本原因?yàn)閴嚎s機(jī)總成模態(tài)被動(dòng)力總成激勵(lì)，從源頭上解決問題需提升壓縮機(jī)總成模態(tài)。

3 整改措施及效果

3.1 整改方向確定

借助CAE分析軟件，輔助產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核，尋找優(yōu)化方案。建立支架有限元模型，分析原支架一階模態(tài)為261 Hz，與測試判斷問題頻率接近。通過查看模態(tài)振型，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)支架上與發(fā)動(dòng)機(jī)連接的安裝點(diǎn)存在布置問題，原狀態(tài)的安裝點(diǎn)布置使壓縮機(jī)支架懸臂過長，該位置結(jié)構(gòu)弱導(dǎo)致總成模態(tài)易被激發(fā)。因此，提升壓縮機(jī)總成模態(tài)可以通過優(yōu)化壓縮機(jī)支架在發(fā)動(dòng)機(jī)上的安裝點(diǎn)位置。

在原支架的基礎(chǔ)上進(jìn)行了五輪優(yōu)化方案分析，包括優(yōu)化壓縮機(jī)支架在發(fā)動(dòng)機(jī)上的安裝點(diǎn)以及提高支架自身剛度，方案均通過CAE軟件設(shè)置實(shí)現(xiàn)，各方案及分析結(jié)果如圖3所示，分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 壓縮機(jī)支架優(yōu)化方案及分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)

方案名稱方案內(nèi)容一階模態(tài)/Hz結(jié)果評價(jià) 原方案 261 方案一支架加筋270效果不佳 方案二去除缸體一顆螺栓，在油底殼重新增加一顆螺栓333效果良好 方案三遠(yuǎn)端增加一顆螺栓361效果良好 方案四支架材料QT400改為鋼272效果不佳 方案五支架彈性模量增加10倍339效果不佳

從五種方案分析結(jié)果可知，單純提高支架自身剛度很難達(dá)到預(yù)期效果。方案二和方案三說明，優(yōu)化支架安裝螺栓位置，加強(qiáng)與發(fā)動(dòng)機(jī)本體的連接，能有效提高壓縮機(jī)總成模態(tài)。

3.2 細(xì)化整改方案

根據(jù)CAE分析結(jié)果，同時(shí)綜合考慮優(yōu)化結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的周期和成本代價(jià)。方案三周期短、成本相對低，最終確定優(yōu)化方案為在遠(yuǎn)端增加了一顆安裝在缸體上的螺栓，加強(qiáng)筋適當(dāng)調(diào)整。

圖4 原狀態(tài)與最終優(yōu)化方案壓縮機(jī)總成模態(tài)

再次通過CAE軟件進(jìn)行分析校核，最終優(yōu)化方案壓縮機(jī)總成一階模態(tài)頻率提升至465 Hz，如圖4所示。

3.3 試驗(yàn)驗(yàn)證效果

針對壓縮機(jī)支架增加一個(gè)安裝點(diǎn)及加強(qiáng)筋適當(dāng)調(diào)整的優(yōu)化方案進(jìn)行做件驗(yàn)證，優(yōu)化前后支架樣件如圖5所示。

圖5 原支架及優(yōu)化支架樣件

更換優(yōu)化后的壓縮機(jī)支架，進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。從車內(nèi)噪聲colormap圖（見圖6）可以看出，車內(nèi)205～250 Hz共振帶減弱，250～335 Hz對應(yīng)的4階基本消失。車內(nèi)噪聲譜平均對比顯示在205～334 Hz噪聲大幅減弱，優(yōu)化0.5～6 dB(A)，與壓縮機(jī)向振動(dòng)減弱特征一致，如圖7所示。主觀評價(jià)整車車內(nèi)粗糙聲改善明顯。

圖6 優(yōu)化前后車內(nèi)噪聲colormap圖

4 總結(jié)

本文針對某SUV車型加速車內(nèi)聲品質(zhì)差，存在聲品質(zhì)問題，通過噪聲頻譜分析、模態(tài)測試及擾動(dòng)驗(yàn)證等手段，確認(rèn)問題為壓縮機(jī)總成模態(tài)被動(dòng)力總成激勵(lì)所引起。

建立有限元模型，分析原壓縮機(jī)總成一階模態(tài)與問題頻率接近。利用CAE分析軟件對多種優(yōu)化方案進(jìn)行校核，最終確定方案為在壓縮機(jī)支架遠(yuǎn)端增加一顆安裝在缸體上的螺栓，同時(shí)適當(dāng)調(diào)整加強(qiáng)筋，加強(qiáng)與發(fā)動(dòng)機(jī)本體的連接。優(yōu)化方案將壓縮機(jī)總成一階模態(tài)頻率提升至465 Hz，不易被動(dòng)力總成激勵(lì)引起共振問題。CAE分析的應(yīng)用，為產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及校核提供參考，極大提高問題整改效率，縮短研發(fā)周期，節(jié)省試驗(yàn)費(fèi)用。

優(yōu)化方案實(shí)施后，車內(nèi)205～250 Hz共振帶明顯減弱，壓縮機(jī)向振動(dòng)及車內(nèi)噪聲在205～334 Hz區(qū)間大幅減弱，該車急加速240 Hz的共振問題從根源上得到解決，較好地提升了加速聲品質(zhì)，提升車輛乘坐舒適性。

[1] 龐劍.汽車車身噪聲與振動(dòng)控制[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2015.

[2] 裴旭,黃鼎友,曾發(fā)林,等.基于主動(dòng)噪聲控制技術(shù)改善車內(nèi)聲品質(zhì)[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2019, 44(3):667-676.

[3] 程雪利,陸志成,童景琳.車門系統(tǒng)玻璃升降聲品質(zhì)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2019,38(6):85-91.

[4] 周曉杰,劉志恩,顏伏伍,等.進(jìn)氣歧管對汽車進(jìn)氣聲品質(zhì)影響研究[J].數(shù)字制造科學(xué),2019,17(1):6-10.

Analysis and Optimization of the Interior Sound Quality Problem of a Vehicle Accelerating

JIA Chao

( Anhui Jianghuai Automobile Group Company Limited, Hefei 230601, China )

In view of the poor sound quality in the acceleration vehicle of a certain sport utility vehicle (SUV) model and the existence of sound quality problems, through noise spectrum analysis, modal test and disturbance verification, it is confirmed that the cause of the problem is caused by the excitation of the compressor assembly mode by the powertrain, and improving the compressor assembly mode is the direction to solve the problem. With the help of computer aided engineering (CAE) analysis, the optimization scheme is found, the finite element model is established, and the first mode of the original compressor assembly is analyzed to be close to the noise frequency. The compressor support is optimized by CAE to strengthen the connection with the engine body, and the first-order modal frequency of the compressor assembly is raised to 465Hz. After the bracket of the selected scheme is replaced, the 205～250Hz resonance band in the vehicle is significantly weakened, the-direction vibration of the compressor and the noise in the vehicle are significantly weakened in the 205～334Hz range, and the noise quality in the vehicle is improved after the whole vehicle is accelerated.

Accelerate sound quality; Compressor bracket; Modality test; CAE analysis

U464

A

1671-7988(2023)17-100-06

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.017.018

郟超（1986－），男，助理工程師，研究方向?yàn)镹VH性能開發(fā)，E-mail:happyjac@163.com。