SUV后背门振动对车内噪声影响的研究

宋福强 罗培智

（中国第一汽车股份有限公司技术中心，汽车振动噪声与安全控制综合技术国家重点实验室，长春 130011）

SUV后背门振动对车内噪声影响的研究

宋福强 罗培智

（中国第一汽车股份有限公司技术中心，汽车振动噪声与安全控制综合技术国家重点实验室，长春 130011）

为解决某SUV车型匀速行驶工况下车内低频噪声问题，对其进行试验分析，结果显示，在20 Hz附近出现异常峰值。通过对车身可疑结构进行逐一排查，利用阶次跟踪和ODS方法分析表明，引起车内低频噪声的主要原因为后背门低频共振。通过提高缓冲限位器支撑刚度降低了20 Hz频率成分峰值，提升了车内声音品质。

1 前言

车内噪声水平是体现汽车乘坐舒适性的重要指标之一，各大汽车厂商均将车内噪声的控制作为重要的研究方向。车内噪声按照传播形式可分为结构噪声和空气噪声。结构噪声主要由轮胎或车轮不平衡的动态力、路面激励、发动机振动、发动机和传动系统旋转部件不平衡以及其他部件的相对运动产生的动态作用力直接或间接传递到车身，引起车身振动，并通过结构辐射到车内引起。空气噪声主要由轮胎-路面噪声和发动机噪声通过车身透射到车内引起[1]。

本文以某SUV开发中的具体问题为基础，分析了SUV车型后背门结构振动对车内低频噪声的影响，提出了分析和解决该类NVH问题的思路和方法。

2 车内异常噪声分析

在某SUV车型产品开发阶段，试验车辆主观评价过程中发现匀速行驶工况车内存在低频轰鸣噪声，主观评价结果小于6分，处于无法接受水平，严重影响车内声音品质。针对此问题，对其进行道路试验客观测量，数据分析结果显示，在5挡匀速行驶工况下，车速范围50～120 km/h，车内噪声1/3倍频程频谱中心频率20～25 Hz附近均出现异常噪声峰值（见图1）。利用FFT和阶次跟踪分析方法[2～3]对其5挡加速行驶工况数据进行分析，得到车内噪声跟踪发动机转速变化的color map频谱如图2所示，20 Hz附近有明显的共振特征，共振频率范围18～25 Hz，由于频率较低，应属于结构共振噪声问题。

图2 5挡加速行驶车内噪声color map频谱

3 车身关键点振动试验与分析

3.1 振动试验测量方法

通过车身结构分析，找出可能引起结构噪声的部位进行振动测量。分别在车身顶盖、行李箱地板、备胎池、后背门等关键位置布置三向加速度振动传感器，试验工况采用5挡匀速和5挡加速行驶工况，采集车辆行驶过程中各测量点的振动情况。

3.2 振动结果分析

应用FFt和阶次跟踪分析方法，处理分析各振动测量点的时域数据，对比分析数据结果，发现后背门振动频谱在频率20 Hz附近存在明显的共振带，如图3所示，共振范围也是18～25 Hz，与车内噪声的共振特征相吻合。由于共振频率较低，根据经验可知，应为后背门刚体振动，为进一步确认后背门在车辆行驶状态下的刚体频率及其工作振型，对后背门结构进行整车道路工作变形（Operational Deflection Shape，ODS）试验。

图3 5挡加速行驶车身关键点振动color map频谱

4 后背门ODS试验分析

4.1 振动ODS方法的基本原理

ODS是被测试件在某特定频率、特定转速或特定时间的实际工作变形，描述被测试件在实际工作激励下的受迫振动变形。

假设某一具有弹簧-阻尼-质量的振动系统（或结构）受到来自外力的作用，其运动规律满足：

设系统的初始位移为零，将式（1）作拉氏变换得：

式中，M、C、K、F（s）分别为s域的质量、阻尼、刚度和力。

则频率响应函数FRF矩阵为：

或

式（4）即为传递函数的留数展式，描述结构的固有特性。式中，分母为结构第r阶模态的动态参数，分子为对应结构第r阶模态的留数矩阵，它表示结构第r阶模态的变化规律[4～5]。

式（5）反映的是结构在f（t）作用下的振动频率响应，而通常工程结构上的动态载荷往往未知或很难测量，为此，在算法上采用结构上某一响应点（称为参考点）的信号来代替式（5）中的F（ω），即将结构上其它点的响应与参考点的响应作比值来代替名义上的传递函数值，得到的值称为ODS值或复传递函数，算法称为复传递率算法，即

式中，Tij（ω）为ODS值，也称ODS FRF值；xi为结构上某个测量点的响应，也称ODS绝对值；xj为结构上某一固定测量点（或称参考点）的响应，也称ODS参考值。

式（6）为ODS值的测量方法，由于振动ODS分析与模态分析的算法基本相同，因此可用复传递函数矩阵代替式（5）中的传递函数矩阵来计算分析ODS的测量数据。计算时，每一测量点的复传递率都要以结构上同一振动响应为参考，因此，结构上各点的相对位置即可确定，由此可获得结构在工作条件下的振型[6]。

在利用ODS方法进行结构动态分析时，为了获得每一点的复传递率，需同时采集该测点与参考点的振动信号，因此，参考点的选择至关重要。通常将参考点选择在结构的振动敏感区内，同时，为了保证测量精度，要求各测点与参考点之间在分析频率处具有良好的相干性，其他测点可根据需要选择在结构感兴趣的部位上[7]。

4.2 ODS方法应用与结果分析

根据ODS试验方法，在后背门关键点位置布置三向加速度振动传感器如图4所示，其中包括后背门固定铰链位置（hbm:1和hbm:4）、中部缓冲块位置（hbm:2和hbm:5）和楔形缓冲限位器位置（hbm:3和hbm:6）。采用5挡匀速行驶工况，应用LMS Test.Lab软件中的ODS模块进行数据采集和分析[8]，通过对后背门ODS振型的分析，发现频率为18.806 5 Hz和24.612 6 Hz时，分别有后背门前后平动和绕后背门锁钩的转动2个振型，如图5所示。由于频率较低，当路面低频成分通过悬架激励车身时，后背门极易激励起结构共振，产生车内低频轰鸣现象。

图4 后背门ODS测点

图5 后背门ODS试验结果

5 结构改进措施与结果验证

5.1 结构改进措施

根据以上ODS试验数据分析结果，并结合车身和后背门结构，可知产生车内20 Hz共振噪声的原因是后背门下部楔形缓冲限位器结构支撑刚度不足，如图6所示，在后背门关闭状态下，无法对后背门起到很好的约束作用，导致外部低频激励下后背门与车身发生相对变形，并与其ODS工作频率耦合，从而引起后背门共振。

将车身侧楔形缓冲限位器固定底座加厚，使后背门关闭状态下缓冲限位结构更紧密地压合，从而间接提高了缓冲限位器结构支撑刚度，后背门的ODS工作频率也随之提高，可有效避免后背门发生低频结构共振，从而解决了车内低频20 Hz共振噪声问题。

图6 后背门楔形缓冲限位器结构

5.2 改进方案试验结果对比分析

对比分析后背门缓冲限位器结构改进前、后对车内噪声的影响，在5挡加速行驶工况下，车内前排、后排噪声color map频谱20 Hz附近共振噪声带消失，如图7所示，5挡匀速行驶工况下，车速范围50～120 km/h，车内前排、后排噪声1/3倍频程频谱中心频率20～25 Hz频率成分明显降低，如图8所示。结合主观评价，在车辆行驶中，车内低频轰鸣噪声得到明显改善，已到达可接受水平。

图7 改进后5挡加速行驶车内噪声color map频谱

图8 改进前、后5挡匀速行驶车内噪声1/3倍频程频谱

6 结束语

本文针对车内低频轰鸣噪声问题进行了分析研究，利用ODS试验分析方法明确了问题根源，通过改变后背门限位缓冲器支撑刚度，改变了后背门工作变形频率，有效降低车内低频成分幅值，从而改善了车内声音品质，为SUV产品后背门的结构设计提供了参考。

1 庞剑，谌刚，何华.汽车噪声与振动：理论与应用.北京：北京理工大学出版社，2006.

2 张守元，李鹤，张义民.阶次跟踪技术及其在汽车NVH中的应用.轻型汽车技术，2009（4）：14～17.

3 俞明，柳文斌，吴庆宏.汽车振动噪声测试的阶次跟踪方法.机床与液压，2003（6）：277～278.

4 曹树谦，张文德，萧龙翔.振动结构模态分析：理论、实验与应用.天津：天津大学出版社，2001.

5 张义民，李鹤.机械振动学基础.北京：高等教育出版社，2010.

6 郑伟娟，李元宝.应用振动ODS方法分析汽车动力总成振动.汽车技术，2007（9）：31～33.

7 陈海松，董久莉.ODS方法在车身结构动态分析中的应用.汽车技术，1996（10）：6～8.

8 刘馥清.LMS测试与分析系统理论基础.北京：比利时LMS公司，2000.

（责任编辑 斛 畔）

修改稿收到日期为2016年12月1日。

Research on the Influence of Liftgate Vibration of SUV on Interior Noise

Song Fuqiang,Luo Peizhi
（State Key Laboratory of Automotive Vibration,Noise and Safety Control Technology,China FAW Corporation Limited R&D Center,Changchun 130011）

In the development of a SUV,there was low-frequency booming noise at constant speed.To remove this defect,test analysis was made.The results show that there is an abnormal interior noise peak around 20 Hz.Through checking the suspicious body structures one by one,utilizing order tracking and ODS analysis method,it is confirmed that the low-frequency noise is caused by liftgate low-frequency resonance.By increasing the buffer support stiffness,20 Hz frequency component peak value is reduced,and interior sound quality is improved.

Liftgate,Interior noise,Order tracking analysis,ODS method

后背门 车内噪声 阶次分析 ODS方法

U463.8；TB535+.1

A

1000-3703（2017）06-0035-05