[摘要] 經(jīng)過(guò)十余年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的動(dòng)總噪聲的水平已經(jīng)接近并逐漸超過(guò)國(guó)際平均水平，國(guó)內(nèi)在進(jìn)排氣管道聲學(xué)，結(jié)構(gòu)固傳噪聲等領(lǐng)域的能力已經(jīng)可以和國(guó)外的大多數(shù)主機(jī)廠相媲美。但結(jié)構(gòu)路噪由于牽扯到整車系統(tǒng)性結(jié)構(gòu)固傳特性匹配，一直以來(lái)都是國(guó)內(nèi)主機(jī)廠的技術(shù)弱點(diǎn)。其中牽扯到的如底盤件模態(tài)與車身模態(tài)分配，橡膠零部件NVH特性，輪胎NVH等問(wèn)題一直制約著國(guó)內(nèi)主機(jī)廠對(duì)整車結(jié)構(gòu)路噪性能的提升。本文基于作者在實(shí)際工作中對(duì)車輛路面噪聲開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合某車型路噪改進(jìn)措施，希望可以對(duì)整車結(jié)構(gòu)路噪問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)的梳理與探討，弈希望通過(guò)某車型路噪改善方案對(duì)此類改進(jìn)問(wèn)題進(jìn)行完整的分析與介紹。關(guān)鍵詞：路面噪聲，整車結(jié)構(gòu)1 前言整車的路噪問(wèn)題由于牽扯到底盤，車身及其橡膠部件一直是個(gè)較為綜合的NVH問(wèn)題。其對(duì)整車廠前期車輛結(jié)構(gòu)目標(biāo)的定義及CAE計(jì)算能力是一個(gè)考驗(yàn)?，F(xiàn)有的CAE模擬技術(shù)由于很難明確掌握底盤部件的動(dòng)態(tài)特性，所以其整車狀態(tài)下的計(jì)算精度一直很難保證。這對(duì)我們前期控制結(jié)構(gòu)路噪性能提出了非常大的挑戰(zhàn)。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的對(duì)諸如襯套，減震器，輪胎等部件的測(cè)試規(guī)范及其影響因素的研究還不完善，對(duì)其動(dòng)剛度，阻尼特性的圈定及其整車耦合后的影響尚無(wú)有效且明確的討論。這造成了整車狀態(tài)下，各結(jié)構(gòu)件模態(tài)分布的實(shí)際不可控狀態(tài)。另一方面，由于路噪問(wèn)題的本質(zhì)特性，實(shí)際測(cè)試狀態(tài)下對(duì)其傳遞路徑及傳遞路徑上結(jié)構(gòu)受激或衰減情況很難有明確且正確的了解。多參考點(diǎn)TPA限于其算法逆推各點(diǎn)受力及PCA分析原理的限制，很難得到明確的結(jié)果[1][2]。在這種狀態(tài)下，整車廠就更需要對(duì)結(jié)構(gòu)路噪的本質(zhì)及其形成傳遞機(jī)理具有系統(tǒng)性的認(rèn)識(shí)，這也是本文的初衷。本文針對(duì)結(jié)構(gòu)路噪問(wèn)題將其依車內(nèi)駕駛員及乘員位置噪聲以頻率作為區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)噪聲影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)性歸納，借以明確各個(gè)部件的可優(yōu)化區(qū)域。同時(shí)針對(duì)某型車路噪問(wèn)題及其解決方案，提出了各組件的改進(jìn)方向及效果，并希望借此明確整車路噪問(wèn)題的前期控制方向。 2 各結(jié)構(gòu)件影響區(qū)域的頻率分布從結(jié)構(gòu)路噪的傳遞特性上講（30‐500Hz），影響整車路噪的結(jié)構(gòu)部件可以分為：車身上下車體，底盤結(jié)構(gòu)，輪胎與輪轂。其中影響范圍較寬的為底盤結(jié)構(gòu)及車身下車體，其影響頻率從低頻至高頻段。輪胎與輪轂總成的影響及可改進(jìn)頻率往往偏向于中高頻段。低頻段BOOM聲主要來(lái)源于車身大板面與車內(nèi)空腔耦合后的低頻壓耳聲。500Hz以上主要來(lái)源于輪胎表面的聲輻射，這種問(wèn)題屬于高頻聲學(xué)包問(wèn)題，在次不再贅述。在此對(duì)各部件改進(jìn)后影響頻率進(jìn)行總結(jié)，如圖1所示。

2.1 底盤結(jié)構(gòu) 底盤結(jié)構(gòu)作為首先承受輪胎輪轂總成傳遞激勵(lì)源的結(jié)構(gòu)部件，其NVH特性往往決定了整車路噪在中低頻段的特性。以車輛位置進(jìn)行劃分，可以將底盤結(jié)構(gòu)分為前懸與后懸兩套結(jié)構(gòu)。整車狀態(tài)下，前懸與后懸同時(shí)承受前輪與后輪總成的激勵(lì)，通過(guò)自身結(jié)構(gòu)的傳遞（受激放大或過(guò)濾衰減）將路面與輪胎摩擦產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)聲傳遞進(jìn)車身內(nèi)部。這個(gè)過(guò)程中車身結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度與其聲固耦合特性再次先不進(jìn)行討論，但就底盤貢獻(xiàn)量而言，我們一般默認(rèn)為前懸對(duì)前排貢獻(xiàn)大，后懸對(duì)后排貢獻(xiàn)大。（具體情況可在粗糙路面轉(zhuǎn)轂上進(jìn)行單側(cè)懸掛貢獻(xiàn)測(cè)試而定，同時(shí)有聲腔節(jié)點(diǎn)影響因素存在）就底盤自身結(jié)構(gòu)而言，好的底盤結(jié)構(gòu)希望可以盡量的衰減或抑制由輪胎輪轂傳遞進(jìn)入的結(jié)構(gòu)噪聲。這就要求底盤結(jié)構(gòu)自身需要在實(shí)際情況下不要受到激發(fā)而產(chǎn)生共振現(xiàn)象，同時(shí)自身要具有很高的剛度特性，在一定載荷下不易產(chǎn)生大較的響應(yīng)狀態(tài)。底盤隔振連接件的動(dòng)剛度特性也會(huì)影響到系統(tǒng)的隔振性能或模態(tài)邊界條件，也是底盤構(gòu)件路噪問(wèn)題的技術(shù)難點(diǎn)所在[3][4][5]。普通的轎車或SUV車型根據(jù)其市場(chǎng)定位對(duì)底盤結(jié)構(gòu)的選型影響很大，較為常見(jiàn)的經(jīng)濟(jì)型車型一般會(huì)匹配前懸為鋼制硬連接副車架加麥弗遜減震結(jié)構(gòu)，后懸為扭臂梁加分布或一體式減震結(jié)構(gòu)。中端車型會(huì)將后扭臂梁更換為鋼制硬連接多連桿結(jié)構(gòu)。更高端的車型會(huì)采用軟連接前后副車架已形成二級(jí)隔振效應(yīng)?；诓煌愋偷牡妆P結(jié)構(gòu)，整車狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)目標(biāo)需要進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化以確保主要結(jié)構(gòu)的模態(tài)與各組件模態(tài)形成避頻。但總體來(lái)說(shuō)，底盤結(jié)構(gòu)在整車結(jié)構(gòu)路噪中的貢獻(xiàn)主要集中于50‐500Hz范圍內(nèi)，尤其集中于200Hz以內(nèi)，屬于中低頻段，其主要作用機(jī)理為模態(tài)受激后的共振響應(yīng)。但只要求模態(tài)避頻并不能完全避免實(shí)際受激，因?yàn)橛行┠B(tài)受制于底盤結(jié)構(gòu)形式，并不可能無(wú)限制提高。所以我們?cè)谝蟊茴l的同時(shí)，需要進(jìn)一步提出底盤結(jié)構(gòu)本體的動(dòng)剛度要求。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，需要結(jié)構(gòu)能在受激狀態(tài)下保持較小的響應(yīng)狀態(tài)，直觀的講就是希望結(jié)構(gòu)很強(qiáng)而不是很弱。實(shí)際情況下，德系轎車底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較強(qiáng)，各結(jié)構(gòu)及類型目標(biāo)可通過(guò)對(duì)標(biāo)進(jìn)行設(shè)定，這里不再贅述。對(duì)于底盤隔振連接件，一般我們希望底盤連接點(diǎn)處動(dòng)剛度與襯套動(dòng)剛度之比Kd大于5，這種狀態(tài)下底盤的隔振特性可以得到一定的保證。但實(shí)際連接件動(dòng)剛度受操穩(wěn)影響普遍設(shè)定為較為剛性，這種情況下就需要底盤連接點(diǎn)處動(dòng)剛度盡量做大（但某些操穩(wěn)點(diǎn)Kd值可犧牲，如K型副車架下控制臂前點(diǎn)Y向）。2.2 車身結(jié)構(gòu) 車身結(jié)構(gòu)承受由底盤傳遞傳遞進(jìn)入的激勵(lì)在內(nèi)板面與空腔形成聲固耦合，其主要耦合面處在車身下車體，如車身地板，油箱地板，備胎槽，后輪輪轂罩結(jié)構(gòu)，后車廂橫梁結(jié)構(gòu)等[6]。這些結(jié)構(gòu)自身普遍承類平板面結(jié)構(gòu)，依其面積大小自身頻率有所區(qū)別。我們?cè)谠O(shè)計(jì)初期，往往會(huì)依據(jù)經(jīng)驗(yàn)在這些板面結(jié)構(gòu)上盡量沖壓加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)以提高其局部強(qiáng)度。這種做法的本質(zhì)其實(shí)是要求板面結(jié)構(gòu)的局部剛性到達(dá)一定的位置，防止實(shí)際情況下的受激。一般這類問(wèn)題的影響頻率很寬，從80‐500Hz均會(huì)產(chǎn)生影響。另一方面，車身結(jié)構(gòu)上車體由于其結(jié)構(gòu)特性，其與車內(nèi)聲腔耦合面積及其自身固有頻率的影響往往集中于50Hz以下頻率范圍。一般造成的車內(nèi)低頻段BOOM聲主要來(lái)自于車身上車體大板面在實(shí)際受激下與車廂內(nèi)空腔耦合的結(jié)果。為了抑制這種現(xiàn)象的發(fā)生，整車設(shè)計(jì)的前期就需要對(duì)車身前風(fēng)擋，后風(fēng)擋，頂棚等大板面約束其板面動(dòng)剛度及模態(tài)特性，盡量避免實(shí)際情況下的受激及一階空腔共振沖突。2.3 輪轂 輪轂作為首先承受輪胎激勵(lì)的結(jié)構(gòu)，其剛度特性往往影響到整車路噪的性能。世界上現(xiàn)有大多數(shù)主機(jī)廠均對(duì)輪轂NVH特性提出了相應(yīng)約束條件。其主要分為兩個(gè)部分：1. 模態(tài)特性，即輪轂的各階模態(tài)頻率。2. 剛度特性，即輪轂的側(cè)向動(dòng)剛度。這些主要決定于輪轂的材質(zhì)及造型結(jié)構(gòu)分布。鋼制輪轂的模態(tài)往往較低，主要集中于300Hz附近，其路噪性能往往很難保證。鋁質(zhì)輪轂?zāi)B(tài)一般較高，集中于400‐500Hz附近，但造價(jià)較高。從動(dòng)剛度特性來(lái)看，其側(cè)向動(dòng)剛度轉(zhuǎn)換公式如下所示[7]:

其中模態(tài)頻率f1及f2如圖2中所示，其中f1代表輪轂中心結(jié)構(gòu)往復(fù)吸合模態(tài)，f2代表輪轂周邊chip potato模態(tài)，如圖3所示。以經(jīng)驗(yàn)判斷，一般鋁質(zhì)輪轂的側(cè)向動(dòng)剛度往往可以控制在60KN/mm以上，也是一種比較好的效果。

2.4 輪胎輪胎作為直接與地面摩擦的構(gòu)件，其NVH性能是路噪問(wèn)題改進(jìn)的首先屬性[8]。但輪胎作為部件，其操穩(wěn)性能往往又是設(shè)計(jì)人員最先考慮的問(wèn)題。這兩種屬性的平衡造成了輪胎很難做出大幅度的修正已適應(yīng)NVH對(duì)路噪的需要。一般以頻率劃分，輪胎部件主要有四階主要振型，如表1中所述，主要為輪胎一階跳動(dòng)，胎肩部共振，輪胎空腔共振及胎面共振。上述模態(tài)在任何輪胎上均會(huì)出現(xiàn)，各品牌間的差距主要體現(xiàn)在受激狀態(tài)下的振動(dòng)幅度。但現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)表明，前三種模態(tài)的調(diào)整范圍很小，不同品牌間的差距也不大。故現(xiàn)實(shí)狀態(tài)下通過(guò)優(yōu)化輪胎進(jìn)行路噪改進(jìn)的可實(shí)施性并不高。

3 某型車結(jié)構(gòu)路噪優(yōu)化策略基于現(xiàn)有某車型路噪IQS抱怨明顯的問(wèn)題，針對(duì)上述結(jié)構(gòu)優(yōu)化方向?qū)δ耻囆蛙嚿?，底盤，輪胎輪轂總成進(jìn)行了NVH優(yōu)化?？傮w效果明顯，改進(jìn)后基本達(dá)到或超過(guò)競(jìng)品車目標(biāo)曲線，如圖4所示。 3.1 扭臂梁的模態(tài)及其剛度優(yōu)化 底盤構(gòu)件的模態(tài)及剛度在實(shí)際受激條件下的表現(xiàn)往往決定了整車路噪的性能。本車型原有扭臂梁結(jié)構(gòu)本體動(dòng)剛度偏低，與對(duì)標(biāo)車型扭臂梁相比，其結(jié)構(gòu)X向動(dòng)剛度只相當(dāng)于對(duì)標(biāo)車型的20%左右。對(duì)應(yīng)整車狀態(tài)下，車內(nèi)后排在低頻段具有明顯峰值（200Hz以下），實(shí)際感受下人體受激明顯呈現(xiàn)煩悶感。更改結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)后，動(dòng)剛度接近對(duì)標(biāo)車型，車內(nèi)低頻段噪聲同時(shí)改善明顯，如圖5所示。

3.2 前副車架的影響 前副車架結(jié)構(gòu)由于承受懸掛系統(tǒng)傳遞進(jìn)入的X及Z向輸入，其動(dòng)力學(xué)特性對(duì)整車路噪的影響尤為明顯。本車型原始副車架設(shè)計(jì)采用K型硬連接結(jié)構(gòu)，其一階Z向彎曲及X向彎曲模態(tài)均落入200Hz以內(nèi)區(qū)域。同時(shí)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度偏弱，實(shí)際情況下副車架本體受激放大效果明顯。改進(jìn)思路采用軟連接隔振形式，解耦副車架本體與車身結(jié)構(gòu)。使其剛體模態(tài)與柔性體模態(tài)偏離這一區(qū)域。同時(shí)采用隔振襯套對(duì)輪胎輪轂總成傳遞進(jìn)入的激勵(lì)形成二次隔振效應(yīng)。其綜合效果明顯，全頻段改進(jìn)效果顯著，如圖6所示。

3.3 輪轂的優(yōu)化選型 如上所述，輪轂作為首先承受輪胎傳遞進(jìn)入的激勵(lì)構(gòu)件，其自身剛性及模態(tài)需要在前期進(jìn)行充分的設(shè)計(jì)及優(yōu)化。本車型輪轂?zāi)B(tài)均符合基本要求，但基礎(chǔ)狀態(tài)輪轂的側(cè)向動(dòng)剛度只有40KN/mm。輪轂結(jié)構(gòu)優(yōu)化后運(yùn)動(dòng)款輪轂側(cè)向動(dòng)剛度提高了50%，達(dá)到60KN/mm。其實(shí)際狀態(tài)下車內(nèi)噪聲改進(jìn)如圖所示。主要原理是抑制輪胎主要的四階模態(tài)進(jìn)一步傳遞進(jìn)入懸掛系統(tǒng)。實(shí)際狀況下只對(duì)輪胎胎面共振具有較好效果，結(jié)果如圖7所示。

圖7：輪轂側(cè)向動(dòng)剛度改進(jìn)效果3.4 輪胎的優(yōu)化選型 輪胎對(duì)路噪的影響頻率已經(jīng)分析，本車改進(jìn)輪胎采用不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式，其力傳遞函數(shù)曲線如圖8所示。其中可以發(fā)現(xiàn)，交付輪胎與競(jìng)品胎主要區(qū)別在于250Hz以上頻率段。按照結(jié)構(gòu)影響位置劃分，競(jìng)品胎具有較好的胎面NVH特性。實(shí)測(cè)表現(xiàn)競(jìng)品胎在相同頻率段的響應(yīng)值與頻響值成正比關(guān)系，如圖9所示。

3.5 下車體的BOM 優(yōu)化 如果前期車身設(shè)計(jì)階段對(duì)車身下車體板面的控制不夠，后期可以通過(guò)附加阻尼板或補(bǔ)強(qiáng)板的方式對(duì)局部板振動(dòng)及由其引起的車內(nèi)噪聲問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化。常用的優(yōu)化方式基于板振動(dòng)能量或幅值大小確定優(yōu)化區(qū)域，但實(shí)際情況下，由于板件與車內(nèi)空腔耦合位置不同，其傳遞函數(shù)的大小，頻率分布及相位均存在差異。實(shí)際疊加狀態(tài)下，并非將增加的越多越好，越密越好，而是要充分考慮到系統(tǒng)的正反疊加效應(yīng)。這就要求試驗(yàn)人員對(duì)車身下車體的阻尼特性進(jìn)行充分的優(yōu)化匹配。如圖10及11所示，本車型對(duì)后背箱及后座椅進(jìn)行阻尼優(yōu)化具有明顯效果，但如果進(jìn)一步增加阻尼板至前艙地板及前圍板則會(huì)起到反效果。整車優(yōu)化前后對(duì)比如圖12所示，低頻及高頻段均得到了改善。

3.6 上車體低頻壓耳聲 上車體大板面與空腔耦合面積較下車體大，其自身模態(tài)同時(shí)具有50Hz以下特性。本車實(shí)測(cè)狀態(tài)下后背門及車廂頂棚顯示30Hz及44Hz共振特性，車內(nèi)同時(shí)具有明顯壓耳聲，如圖13所示。

通過(guò)對(duì)后背門及頂棚進(jìn)行壓制，低頻段30Hz及44Hz峰值有明顯改善，后背門30Hz頻率段降低了3 dB到5dB，頂棚44Hz頻率段降低了4 dB到5dB，如圖14及15所示。但實(shí)際情況下由于涉及車身改進(jìn)，工程方案較難推廣。這就要求前期設(shè)計(jì)階段對(duì)車身大板面進(jìn)行設(shè)計(jì)約束，并計(jì)算實(shí)際狀況下低頻段受激響應(yīng)狀態(tài)，合理控制頂棚及后背門模態(tài)的激發(fā)。unibody車型均在40Hz左右具有類整車彎曲模態(tài)，同時(shí)前擋，后擋，頂棚的局部模態(tài)也在這個(gè)范圍。一般的CAE車體模型的計(jì)算精度控制在30Hz以下，此類問(wèn)題頻率所在區(qū)域的模態(tài)密度過(guò)高，很難有效分割具體模態(tài)，所以前期CAE的仿真工作會(huì)有相當(dāng)?shù)碾y度，需要富有經(jīng)驗(yàn)的試驗(yàn)人員同期進(jìn)行把關(guān)判定。

4 結(jié)論 綜上所述，對(duì)于整車結(jié)構(gòu)路噪問(wèn)題的約束需要在前期做大量的模擬計(jì)算工作，針對(duì)各問(wèn)題頻段及其相應(yīng)影響結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，對(duì)可能造成的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行有效把控。但這又牽扯到橡膠部件的模擬問(wèn)題，如何簡(jiǎn)化橡膠件的動(dòng)剛度屬性，準(zhǔn)確把握底盤結(jié)構(gòu)件的邊界條件是近期以及以后很長(zhǎng)一段時(shí)間我們需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

作者：談洋，楊銘杰，婁小寶，楊大成

作者單位：吉利汽車研究院

來(lái)源：2017汽車NVH控制技術(shù)研討會(huì)論文集