后背门限位块硬度对车内鼓噪影响的研究

赵建兵，彭 硕，赵龙灿

（1.燕山大学 车辆与能源学院，河北 秦皇岛 066004；2.长城汽车哈弗技术中心，河北 保定 071000）

后背门限位块硬度对车内鼓噪影响的研究

赵建兵1，彭 硕2，赵龙灿1

（1.燕山大学 车辆与能源学院，河北 秦皇岛 066004；2.长城汽车哈弗技术中心，河北 保定 071000）

为解决某SUV车内鼓噪问题，对车身各板件进行贡献量分析，发现后背门对车内噪声贡献量最大。通过车内声压测试，测得安装不同硬度限位块时的车内噪声信号，对比发现：当限位块硬度从原状态的70 HA降低到40 HA时，驾驶员右耳处和后排乘客左耳处的噪声峰值均有所下降，且后排降噪效果更明显，达到6.4 dB。但是，限位块最优硬度的选择还需兼顾耐久性，这需要进行进一步研究。

鼓噪；贡献量分析；限位块；噪声峰值

随着人们对汽车乘坐舒适性要求的提高，车内噪声已经成为消费者的关注点之一。多年来，通过学者们对汽车噪声问题的深入研究，发动机和传动系统噪声已得到有效控制[1]。相比之下，随着电动汽车等新能源汽车的推广，轮胎/路面噪声在整车噪声中所占比例正在增大，逐渐成为研究重点。

鼓噪属于轮胎/路面噪声中的低频结构噪声，对此国内外学者均做了大量研究。其中国外Sung等应用模态贡献度的方法对某轿车的车内噪声进行分析，通过修改车身局部结构改善了车内噪声[2]。Surkutwar等利用TPA和板件贡献量分析的方法，确定了对响应峰值最敏感的结构，通过安装加强梁的方法降低了某客车的车内噪声[3]。国内王雄鹰等通过板件贡献量分析的方法确定前风窗玻璃贡献量最大，修改安装结构后，解决了车辆敲鼓声问题[4]。

黄培鑫等提出了一种在汽车NVH性能开发设计阶段快速预估和评价车身结构辐射噪声的方法[5]。沈伟等通过整车的车内噪声测试和对轮胎的有限元分析，提出了在后桥增加动力吸振器消除车内后排轮胎空腔共鸣噪声的方法[6]。

本文基于车身板件贡献量分析，在确定了后背门为鼓噪贡献量最大板件的前提下，通过实车测试车内噪声，主要研究后背门限位块的硬度对车内噪声的影响。

1 鼓噪的产生机理

汽车行驶时，在路面和轮胎接触过程中发生的噪声统称为路面/轮胎噪声。基于发生机理的不同，分为三类：鼓噪、路噪、胎噪。鼓噪发生频率一般在20 Hz～60 Hz，路噪发生频率一般在60 Hz～400 Hz，胎噪发生频率一般大于400 Hz。鼓噪主要由路面X向激励引起轮胎扭转模态振动，并通过悬架、车架和车身传递振动（衰减或放大），引起车内空气压力变化，甚至与空腔模态耦合，导致车内噪声增大。低频噪声极易引起乘客的不舒适感，严重者甚至会出现恶心、呕吐等现象。鼓噪的产生机理如图1所示。

图1 鼓噪产生机理示意图

2 车身板件贡献量分析

2.1 板件贡献量分析原理

汽车鼓噪声可以从激励源、传递路径和响应三个方面进行控制，但是轮胎及底盘悬架的修改将对整车的操纵稳定性及平顺性产生影响，同时考虑到经济效益和整改简便性，企业一般先从车身方面对鼓噪声进行优化控制。

车内噪声由组成驾驶室的所有板件振动引起[7]。车身和声腔可以看成是一个被包围的封闭空间，封闭空间的壁板S（即车身各板件）是弹性体，振动并辐射声音。取空间内某一点O为坐标原点，空间中其他点都以它为参考点。假设j点是车身板件上的某一点或一块，它对车内某一点i的辐射声压为

式中Pij(ro,ω)是j点对i点的辐射声压，Pj(r,ω)是j点的声压，Qi是i点的体积声源，υi(r,ω)是声源j传递到i点时的速度，ro是i点到O点的距离，r是j点到O点的距离，ω是频率。[8]

车身壁板上的很多点或小块都对i点辐射声音，而j点所占的比例为

式中P(ro,ω)是i点的总声压，tj(ω)是车身板件上的j小块对车内噪声的贡献量。

把所有的小块贡献量绘制在一起的时候，就可以确定每个小块对车内声辐射的贡献量。对车身各板件进行积分，即可求得车身各板件对车内声压的贡献量。通过板的贡献源分析，找到主贡献板，然后改进板结构降低它的声辐射。

2.2 板件贡献量仿真分析结果

将TB车身结构模态和声腔模态计算的op2结果文件均导入LMS Virtual.Lab中，建立声固耦合系统模型。在前、后悬架与车身连接点同时施加20 Hz～100 Hz的单位白噪声激励，选取驾驶员右耳和右后乘客左耳位置为响应输出点，模拟分析得到输出点的噪声传递函数（NTF），如图2所示。

将声腔边界按主要组成部分划分为前挡风玻璃、前围、车门、地板、顶棚、侧围和后背门等7组板件。图2中两个传递函数曲线均显示当频率约为35 Hz时，NTF存在峰值，故选取35 Hz做车身板件贡献量分析。结果如图3和图4所示，两者均显示后背门对车内鼓噪声贡献量最大。

3 后背门限位装置

后背门是SUV车型的重要部件，它通过两个铰链悬挂在顶盖后横梁上。在车辆行驶过程中，由于车身的扭转和振动，后背门铰链受到前后左右各个方向的力，使其发生扭转、横摆和振动等。为了防止此类工况的发生，减小后背的扭转、弯曲变形，一般SUV车型都会安装限位装置。限位装置由限位块和楔形块组成，分别安装在车身和后背门上，如图5所示。后背门关闭时，两者接触并配合达到减振和降低车内噪声的效果。以往的工程经验表明，限位块的硬度对车内噪声具有较大影响。

图2 噪声传递函数（NTF）

图3 驾驶员右耳噪声板件贡献量/（%）

图4 右后乘客左耳噪声板件贡献量/（%）

图5 限位装置实物图

4 车内噪声测试

4.1 测试对象

以外形大小均相同、硬度不同的限位块为研究对象，测试实车行驶时车内的噪声信号，以研究限位块硬度对车内鼓噪的影响。后背门限位块一般为橡胶制品，硬度用邵氏A硬度计测量，单位为HA。选取4种硬度不同的限位块，硬度分别为40 HA、50 HA、60 HA、70 HA。

4.2 实车噪声测试

汽车以40 km/h匀速在光滑沥青路面上行驶，测量驾驶员右耳（DRE，Driver Right Ear）处和右后乘客左耳(RRPL，Right Rear Passenger Left Ear)处的噪声声压信号。根据GB/T18697-2002，麦克风布置位置应符合图6。

(1)驾驶员右耳：座椅位于导轨中间位置，麦克风距离椅面700 mm±50 mm，距离头枕中心线200 mm±20 mm，座椅靠背垂直于椅面，麦克风方向与整车X方向一致。

(2)右后乘客左耳：麦克风距离椅面700 mm±50 mm，距离头枕中心线200 mm±20 mm，麦克风方向与整车X方向一致。

图6 麦克风布置示意图

测试前确保汽车行驶时车内无异响且处于封闭状态，四轮定位正常，车内乘客前后排各两人，测试环境背景噪声的影响小于可容许误差。当车速调整到40 km/h匀速行驶时，开始利用LMS车载设备采集车内声压信号。结果如图7、图8所示。

图7 驾驶员右耳声压

整理图7和图8中各条声压曲线的峰值及其对应频率，如表1所示。

4.3 结果分析

表1表明，当限位块硬度从70 HA递减到40 HA的过程中，驾驶员右耳处峰值声压大体呈下降趋势，从34 Hz处的86.5 dB下降为31 Hz处的85.4 dB，鼓噪峰值下降了1.1 dB；右后乘客左耳处的峰值声压稳定下降，34 Hz处的鼓噪峰值从87.6 dB降低为81.2 dB，下降了6.4 dB。

5 结语

车身板件贡献量分析结果表明，后背门为该SUV车型车内鼓噪声贡献量最大的板件。经过车内前后排声压测试探究不同硬度的限位块对鼓噪的影响，通过对比发现：

表1 安装不同硬度限位块时车内峰值声压及对应频率

（1）当限位块硬度从原状态70 HA下降到40 HA时，驾驶员右耳处声压峰值频率降低3 Hz，右后乘客左耳处声压峰值频率不变；

（2）当限位块硬度从原状态70 HA下降到40 HA时，驾驶员右耳鼓噪峰值下降1.1 dB，右后乘客左耳处的鼓噪峰值下降6.4 dB，后排降噪效果明显。

虽然研究结果表明，随着限位块硬度的降低，降噪效果越好，但是对于限位块的选择还要兼顾耐久性，这需要进一步研究。

[1]庞剑，谌刚，何华.汽车噪声与振动-理论与应用[M].北京：北京理工大学出版社，2006：398-401.

[2]SUNG S,CHAO S,LINGALA H,et al.Structural acoustic analysis of vehicle body panel participation to interior acoustic boom noise[C].SAE Paper,2011.

[3]SURKUWAR Y,PATCL K,AMARA S,et al.The application of the simulation techniques and reduce the interior noise in bus development[C].SAE Paper,2012.

[4]余雄鹰，刘波.路面激励导致的汽车低频轰鸣声控制与应用研究［C］.中国汽车工程学会年会论文集，2015 CGNV050：1825-1827.

[5]黄培鑫，兰凤崇，陈吉清，等.一种车身结构辐射噪声快速预判方法及应用[C].中国汽车工程学会年会论文集，2015，4：1081-1084.

[6]沈伟，易斌，陆伟领.动力吸振器在降低车内路噪中的应用[J].汽车工程，2010，32(8)：390-392.

[7]ROBSON DEMETRIUS,ARAUJO ABREN.Operational modalanalysis techniques used for globalmodes identification of vehicle body excited from a vehicle in idle engine[J].SAE Paper,2012,DOI:10.4271.

[8]庞剑.汽车车身噪声与振动控制[M].北京：机械工业出版社，2015，116-119.

Research on the Effect of Backdoor Stopper Block’s Hardness on theAutomotive Rumble Noise

ZHAO Jian-bing1,PENG Shuo2,Zhao Long-can1
(1.College of Vehicle and Energy,Yanshan University,Qinhuangdao 066004,Hebei China;2.Haval Research and Development Center of Great WallAutomobile,Baoding 071000,Hebei China)

In order to solve the rumble noise problem of an SUV,the panel contribution analysis is done and the result shows that the backdoor has the highest contribution to the interior noise.Through the interior sound pressure test,the automotive interior noise signals for different hardness of the backdoor stopper block are gained and compared.It is found that when the hardness of stopper block decreases from 70 HA to 40 HA,the noise peaks at driver’s right ear and rear passenger’s left ear decrease and the noise reduction of the latter can reach 6.4 dB.However,the endurance test is necessary for hardness selection of the stopper blocks.

acoustics;rumble noise;contribution analysis;stopper block;noise peak

TB533；U467.4+93

A

10.3969/j.issn.1006-1355.2017.06.017

1006-1355(2017)06-0086-04

2017-04-16

赵建兵（1989-），男，石家庄市人，硕士研究生，主要研究方向为车辆工程。

彭硕，主要研究方向为汽车NVH性能试验分析与控制。Email:cumt_zjb@163.com