劉濤，蔣兵，張軍，木標(biāo)，王詩虎

(奇瑞商用車(安徽)有限公司，安徽蕪湖 241000)

0 引言

噪聲、振動與聲振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness，NVH)性能作為汽車乘坐舒適性的重要組成部分，近些年來越來越受到消費(fèi)者和主機(jī)廠的重視。因此，汽車開發(fā)過程中整車NVH性能提升成為重要工作。轟鳴聲是整車NVH性能的重要評價指標(biāo)，其頻率范圍通常為20～200 Hz,屬于低頻噪聲，在車內(nèi)會產(chǎn)生很高的壓力脈動，容易給駕乘者帶來主觀感受上的不適感，引起客戶抱怨。因此，車內(nèi)轟鳴聲必須得到解決。

目前國內(nèi)外關(guān)于車內(nèi)轟鳴聲的研究較多。OH等[1]從響應(yīng)靈敏度分析來改善車內(nèi)轟鳴聲。楊小超等[2]提出通過加裝動力吸振器抑制車身板件振動，改善起步車內(nèi)轟鳴聲問題。趙靜等人[3]提出采用加強(qiáng)頂棚剛度來改變頂棚結(jié)構(gòu)振動的固有頻率并抑制其振幅的方法，通過消除聲振耦合作用來抑制車內(nèi)轟鳴聲。王海濤等[4]提出通過提高車身地板局部剛度改變結(jié)構(gòu)振動固有頻率，避免地板結(jié)構(gòu)振動和聲腔模態(tài)耦合的方法改善車內(nèi)轟鳴聲。嚴(yán)輝等人[5]通過優(yōu)化前圍與前風(fēng)擋玻璃支撐剛度，降低車身振動，有效緩解高轉(zhuǎn)速下車內(nèi)轟鳴聲問題。上述研究工作大多是從抑制車內(nèi)響應(yīng)和優(yōu)化傳遞路徑來控制車內(nèi)轟鳴聲，除了從優(yōu)化傳遞路徑及抑制車內(nèi)響應(yīng)來控制車內(nèi)轟鳴聲之外，從激勵源的角度出發(fā)也可以有效改善車內(nèi)的轟鳴聲，但是目前從這方面開展的研究及應(yīng)用工作較少。本文作者針對某SUV 開空調(diào)起步蠕行過程中車內(nèi)存在轟鳴聲的問題，從優(yōu)化激勵源的角度出發(fā)，通過標(biāo)定策略優(yōu)化調(diào)整起步蠕行過程中發(fā)動機(jī)的工作轉(zhuǎn)速，避開轟鳴轉(zhuǎn)速點(diǎn)，主觀評價車內(nèi)轟鳴聲得到明顯改善，提升了整車駕乘舒適性，為快速解決車內(nèi)轟鳴聲提供了一種新的思路。

1 轟鳴聲產(chǎn)生機(jī)制介紹

車輛駕駛艙的壁板不是剛性的，是由鋼板沖壓焊接而成的，具有自身結(jié)構(gòu)的振動模態(tài)?？諝庾鳛閺椥泽w在乘坐室封閉的空腔體內(nèi)會形成許多的振動模態(tài)和聲腔模態(tài)。當(dāng)腔體內(nèi)的空氣受到壓縮時，會發(fā)生體積變化，與乘坐室壁板的結(jié)構(gòu)振動在低頻范圍內(nèi)有很強(qiáng)的耦合作用。這種低頻的耦合模態(tài)在激勵下如果響應(yīng)很大，便會在車內(nèi)產(chǎn)生很高的壓力脈動，引起駕乘人員的不舒適感，這種現(xiàn)象被稱為轟鳴聲(Boom)[6]。轟鳴聲屬于低頻噪聲，頻率范圍通常在20～200 Hz之間，普遍存在于車輛起步蠕行、怠速、勻速、加速和減速等駕駛工況，動力總成、傳動系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)以及不平路面激勵等因素都是車內(nèi)轟鳴聲產(chǎn)生的激勵源。

2 問題描述

某SUV車型在上市前期綜合主觀評價中發(fā)現(xiàn)，車輛熱機(jī)后，D擋開空調(diào)從靜止起步至蠕行過程中發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在1 000 r/min附近車內(nèi)存在較大且時間維持較長的低頻轟鳴聲，在擁堵的城市工況，汽車起步蠕行工況為客戶常用工況，該過程車內(nèi)存在轟鳴聲將嚴(yán)重影響駕乘舒適性，極易引起客戶抱怨，因此車輛上市前該轟鳴聲必須解決。

3 原因分析

根據(jù)主觀評價團(tuán)隊反饋的問題，采用對比主觀評價手段識別出車內(nèi)低頻轟鳴聲與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速相關(guān)，詳見表1。

表1 對比評價法主觀評價方案及結(jié)果

為明確車內(nèi)低頻轟鳴聲的特征，對問題樣車開展了NVH客觀測試，在車內(nèi)駕駛員右耳布置了麥克風(fēng)，同時同步記錄采集了發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，測試工況為熱機(jī)開空調(diào)，車輛D擋從靜止起步至蠕行過程，重復(fù)3次。測試結(jié)果如圖1和圖2所示。

圖1 車內(nèi)駕駛員右耳噪聲彩圖

圖2 起步蠕行過程發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速時域信號

結(jié)合圖1和圖2可以看出，開空調(diào)D擋起步階段發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速從780 r/min上升至1 000 r/min左右并隨后振蕩下降，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速維持在1 000 r/min附近進(jìn)入蠕行；從車內(nèi)噪聲來看，隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的上升車內(nèi)二階噪聲能量顯著增加，在1 000 r/min左右達(dá)到最大，由于此時車速較低，背景噪聲較小，車內(nèi)低頻噪聲極易引起車內(nèi)乘員的轟鳴感抱怨。

為進(jìn)一步明確車內(nèi)低頻轟鳴聲產(chǎn)生的原因，結(jié)合轟鳴聲的產(chǎn)生機(jī)制及工程開發(fā)經(jīng)驗(yàn)開展了屏蔽排氣系統(tǒng)的試驗(yàn)。對比試驗(yàn)結(jié)果表明，排氣系統(tǒng)屏蔽后車內(nèi)二階轟鳴峰值降低8 dB(A)左右，主觀評價可以接受，測試結(jié)果如圖3所示。

圖3 排氣屏蔽前后車內(nèi)二階噪聲對比

綜上分析可以看出，D擋開空調(diào)起步蠕行車內(nèi)低頻轟鳴聲主要與排氣系統(tǒng)及起步蠕行過程中發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速相關(guān)。

4 改進(jìn)措施及效果驗(yàn)證

通過優(yōu)化排氣系統(tǒng)可以達(dá)到解決車內(nèi)轟鳴聲的目的，但由于此時優(yōu)化排氣系統(tǒng)已不滿足項(xiàng)目開發(fā)周期，結(jié)合上述給出的車內(nèi)低頻轟鳴聲的影響因素，因此考慮通過標(biāo)定優(yōu)化起步蠕行過程中的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，從激勵源的角度避開車內(nèi)的轟鳴轉(zhuǎn)速點(diǎn)，進(jìn)而達(dá)到改善車內(nèi)轟鳴聲的目的。表2給出起步蠕行過程中發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與水溫及大氣壓力的基礎(chǔ)Map，表格中左側(cè)為發(fā)動機(jī)水溫，上部為大氣壓力，中部為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。大氣壓力90 kPa,發(fā)動機(jī)水溫60 ℃以上為文中所述問題的環(huán)境邊界條件，現(xiàn)標(biāo)定策略是熱機(jī)工況空調(diào)開啟后電子控制單元(Electronic Control Unit，ECU)會給Map圖中粗體部分補(bǔ)償轉(zhuǎn)速150 r/min，使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變?yōu)? 000 r/min左右即文中所述的轟鳴轉(zhuǎn)速點(diǎn)。通過優(yōu)化標(biāo)定策略，調(diào)整空調(diào)開啟時的補(bǔ)償轉(zhuǎn)速來改變起步蠕行過程中的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，使之避開車內(nèi)轟鳴抱怨轉(zhuǎn)速點(diǎn)。綜合考慮起步蠕行過程中的車輛駕駛性，主觀評價結(jié)果顯示當(dāng)補(bǔ)償轉(zhuǎn)速設(shè)置為250 r/min即發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為1 100 r/min時車內(nèi)轟鳴聲和車輛駕駛性均可以接受，圖4給出了標(biāo)定策略優(yōu)化前后車內(nèi)轟鳴聲的客觀數(shù)據(jù)對比結(jié)果，圖5給出了優(yōu)化后的起步蠕行策略。

表2 起步及蠕行過程基礎(chǔ)Map

圖4 標(biāo)定策略優(yōu)化前后車內(nèi)二階噪聲對比

圖5 策略優(yōu)化發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速時域信號

標(biāo)定策略優(yōu)化后，車內(nèi)二階轟鳴噪聲峰值降低4 dB(A)左右，同時主觀評價可以接受。

5 結(jié)束語

影響車內(nèi)轟鳴聲的因素很多，而且轟鳴聲往往被發(fā)現(xiàn)于實(shí)物階段，此階段結(jié)構(gòu)基本凍結(jié)，結(jié)構(gòu)優(yōu)化難以滿足項(xiàng)目開發(fā)周期。文中針對某SUV 熱機(jī)工況D擋開空調(diào)起步蠕行過程中車內(nèi)存在轟鳴聲的問題，通過標(biāo)定策略優(yōu)化，將起步蠕行過程中發(fā)動機(jī)的工作轉(zhuǎn)速由1 000 r/min左右調(diào)整至1 100 r/min附近，避開車內(nèi)轟鳴轉(zhuǎn)速點(diǎn)，主觀評價車內(nèi)轟鳴聲得到明顯改善，提升了整車駕乘舒適性，縮短了整改周期，降低了優(yōu)化成本，為快速解決車內(nèi)轟鳴聲提供了一種新的思路。