摘要:為研究汽車高里程行駛下噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度(noise,vibration,harshness,NVH)性能的衰減現(xiàn)象,以某運(yùn)動(dòng)型多用途汽車(sportutilityvehicle,SUV)為研究對(duì)象,分析怠速工況下車內(nèi)噪聲及振動(dòng),基于全國100000km道路適應(yīng)性試驗(yàn),研究0、30000、60000、100000km4個(gè)關(guān)鍵里程節(jié)點(diǎn)下駕駛員右耳處、右后乘客左耳處噪聲聲壓級(jí)的變化特性以及方向盤、座椅導(dǎo)軌處的振動(dòng)加速度變化特性。研究結(jié)果表明:怠速工況下,該車方向盤與座椅導(dǎo)軌處振動(dòng)加速度均隨行駛里程的增加而增大;車內(nèi)噪聲聲壓級(jí)隨行駛里程的增加先升高后降低。本研究可為提高整車NVH性能提供參考。

關(guān)鍵詞:汽車;怠速工況;NVH;性能衰減

0 引言

汽車發(fā)展初期,顧客購車時(shí)僅考慮新車性能,對(duì)行駛一定里程后的性能關(guān)注度較低,因此大多數(shù)主機(jī)廠在設(shè)計(jì)汽車時(shí),只將新車性能作為主要設(shè)計(jì)指標(biāo)[1-2]。隨著汽車市場競爭加劇,高里程噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度(noise,vibration,harshness,NVH)性能逐漸成為顧客選購汽車的主要考慮因素之一,隨之主機(jī)廠也將高里程N(yùn)VH性能作為新車設(shè)計(jì)指標(biāo)[3-4]。汽車NVH性能是指汽車在駕乘過程中,駕乘人員感受到的噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度,噪聲主要指駕乘人員聽到的車內(nèi)噪聲,振動(dòng)主要是駕乘人員感受到來自方向盤和座椅的振動(dòng),聲振粗糙度主要指噪聲與振動(dòng)的品質(zhì),是駕乘人員對(duì)振動(dòng)和噪聲的主觀感受[5-8]。NVH性能主要體現(xiàn)在汽車對(duì)噪聲和振動(dòng)的控制能力上,NVH性能下降通常會(huì)帶來方向盤和座椅振動(dòng)、駕乘人員耳旁噪聲大、乘坐舒適性下降、汽車零部件的強(qiáng)度和壽命降低等問題[9]。隨著行駛里程的增加,汽車會(huì)出現(xiàn)不同程度的橡膠老化、運(yùn)動(dòng)零部件磨損、減振元件性能下降等現(xiàn)象,從而影響NVH性能[10-11]。為了使汽車行駛一定里程后仍能為駕乘人員提供舒適的乘坐環(huán)境,研究汽車高里程N(yùn)VH性能衰減特性極為重要。劉鴻偉等[12]通過50000km耐久性試驗(yàn)和車內(nèi)噪聲測(cè)試研究某運(yùn)動(dòng)型多用途汽車(sportutilityvehicle,SUV)勻速工況下車內(nèi)噪聲變化特性。吳昌威等[13]對(duì)整車NVH性能衰減進(jìn)行研究,通過平衡性能參數(shù)解決衰減的根源問題,并結(jié)合實(shí)例分析密封條對(duì)異響衰減的影響。劉鐵軍[14]研究了汽車勻速行駛工況下車內(nèi)聲壓級(jí)、語言清晰度隨行駛里程的變化情況。趙振東等[15-16]以灰色理論為基礎(chǔ),建立灰色模型GM(1,1),對(duì)汽車橡膠元件的蠕變性能進(jìn)行預(yù)測(cè),根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立模型,研究高里程車輛的NVH性能,為主機(jī)廠主觀評(píng)價(jià)高里程N(yùn)VH性能衰減提供參考。熊健強(qiáng)[17]基于統(tǒng)計(jì)分析對(duì)高里程汽車振動(dòng)與噪聲的穩(wěn)健性評(píng)價(jià),依托福特團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)例分析,得出出廠NVH品質(zhì)好不代表高里程后NVH品質(zhì)依舊優(yōu)良的結(jié)論。劉鴻偉[18]研究高里程汽車車內(nèi)噪聲源的變化特性,基于工況傳遞路徑分析汽車噪聲源的產(chǎn)生機(jī)理和噪聲源的識(shí)別路徑。目前汽車高里程N(yùn)VH性能衰減研究多針對(duì)汽車零部件展開,對(duì)于典型工況下整車NVH性能衰減的研究較少。本文以某自主品牌SUV為研究對(duì)象,分析怠速工況下車內(nèi)駕駛員和乘員耳旁噪聲、方向盤和座椅的振動(dòng),通過全國道路適應(yīng)性試驗(yàn)開展里程積累[19],根據(jù)我國用戶的用車習(xí)慣,研究[0,30000)、[30000,60000)、[60000,100000]km3個(gè)里程階段的NVH性能衰減[20],測(cè)試各里程節(jié)點(diǎn)下車內(nèi)怠速振動(dòng)加速度和噪聲聲壓級(jí),分析振動(dòng)和噪聲的頻域變化特性。

1 車內(nèi)怠速振動(dòng)和噪聲變化特性

試驗(yàn)地點(diǎn)為我國某汽車試驗(yàn)場。測(cè)試工況為怠速工況,測(cè)試狀態(tài)包括:倒擋/行駛擋空調(diào)開(R/D擋,ACON,狀態(tài)1)、倒擋/行駛擋空調(diào)關(guān)(R/D擋,ACOFF,狀態(tài)2)、停車擋/空擋空調(diào)開(P/N擋,ACON,狀態(tài)3)、停車擋/空擋空調(diào)關(guān)(P/N擋,ACOFF,狀態(tài)4)。振動(dòng)加速度傳感器布置在方向盤正上方和座椅導(dǎo)軌處,噪聲傳感器布置點(diǎn)為駕駛員右耳處、右后乘客左耳處,信號(hào)采集與處理軟件采用LMSTest.Lab。采用車輛坐標(biāo)系,即x軸平行于地面指向汽車前進(jìn)方向,y軸指向駕駛員的左側(cè),z軸通過質(zhì)心指向上方[21]。

1.1 噪聲聲壓級(jí)變化特性

噪聲聲壓級(jí)越高,NVH性能越差[22]。怠速工況下,通過車內(nèi)噪聲聲壓級(jí)測(cè)試得到駕駛員右耳及右后乘客左耳處噪聲聲壓級(jí)隨行駛里程的變化特性如圖1所示。由圖1可知:隨著行駛里程的增加,車內(nèi)噪聲聲壓級(jí)呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì);相同擋位下,空調(diào)開時(shí)的噪聲聲壓級(jí)較空調(diào)關(guān)時(shí)大。

由圖1a)可知:行駛里程為30000km時(shí),駕駛員右耳處噪聲聲壓級(jí)較行駛里程為0時(shí)大,變化最大的是狀態(tài)1,較行駛里程為0時(shí)增大約4．0dB;行駛里程為60000km時(shí),噪聲聲壓級(jí)仍增長,但增幅較0~30000km時(shí)小,狀態(tài)4的增長速度大于狀態(tài)2,增幅約2．0dB;行駛里程為100000km時(shí),噪聲聲壓級(jí)整體降低,降幅最大的是狀態(tài)3,下降約4.4dB,整體噪聲聲壓級(jí)仍高于行駛里程為0時(shí)。由圖1b)可知:行駛里程為[0,30000)km時(shí),右后乘客左耳處在各狀態(tài)下噪聲聲壓級(jí)增幅均較大,平均增幅約4．0dB;行駛里程為[30000,60000)km時(shí),狀態(tài)2與狀態(tài)3的噪聲聲壓級(jí)下降約0.6dB,但高于行駛里程為0時(shí)。行駛里程為100000km時(shí),狀態(tài)2的聲壓級(jí)較60000km時(shí)上升約1.3dB,其他3個(gè)狀態(tài)的噪聲聲壓級(jí)均較60000km時(shí)有不同程度的下降。

1.2 振動(dòng)加速度變化特性

振動(dòng)加速度越大,NVH性能越差[23]。怠速工況下,通過振動(dòng)測(cè)試得到方向盤與座椅導(dǎo)軌處振動(dòng)加速度隨行駛里程的變化特性如圖2所示。由圖2a)可知:隨行駛里程的增加,方向盤測(cè)點(diǎn)處振動(dòng)加速度增大;相同擋位下,空調(diào)開時(shí)的振動(dòng)加速度明顯大于空調(diào)關(guān)狀態(tài);行駛至30000km時(shí),P/N擋與R/D擋振動(dòng)加速度較行駛里程為0時(shí)均有明顯增長,ACON狀態(tài)下振動(dòng)加速度增加幅度更大;行駛至60000km時(shí),4種狀態(tài)的振動(dòng)加速度均大于30000km時(shí);行駛里程為100000km時(shí),狀態(tài)3的振動(dòng)加速度較60000km時(shí)下降約0.02m/s2,狀態(tài)2的振動(dòng)加速度增幅最大,4種狀態(tài)的振動(dòng)加速度均大于行駛里程為0時(shí)。

由圖2b)可知:汽車在行駛里程為0~100000km時(shí),怠速工況下座椅導(dǎo)軌處4種狀態(tài)的振動(dòng)加速均大于行駛里程為0時(shí)。綜上分析,隨著行駛里程的增加,車內(nèi)怠速振動(dòng)加速度均呈現(xiàn)不同程度的增大,方向盤處振動(dòng)加速度增幅大于座椅導(dǎo)軌處。

2 里程節(jié)點(diǎn)振動(dòng)和噪聲頻域變化特性

將怠速工況下車內(nèi)噪聲信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換,利用頻譜分析法分析不同擋位及空調(diào)開、關(guān)狀態(tài)下駕駛員及乘客耳旁的噪聲聲壓級(jí),以及方向盤和座椅振動(dòng)加速度在不同頻率上的幅值變化特性。怠速工況下駕駛員右耳、右后乘客左耳噪聲信號(hào)頻譜分析分別如圖3、4所示。

由圖3可知:頻率為0~500Hz,行駛里程為30000、60000km時(shí)駕駛員右耳處怠速噪聲聲壓級(jí)均高于行駛里程為0時(shí);行駛里程為100000km時(shí),聲壓級(jí)較60000km時(shí)有所下降,整體仍高于行駛里程為0時(shí)。

由圖4可知:頻率為0~500Hz時(shí),右后乘客左耳處噪聲聲壓級(jí)隨行駛里程的增加先增大后降低;行駛里程為0~60000km時(shí),噪聲聲壓級(jí)隨行駛里程的增大而增大;行駛里程為100000km時(shí),噪聲聲壓級(jí)低于60000km時(shí),但高于行駛里程為0時(shí)。座椅導(dǎo)軌z向振動(dòng)加速度頻譜分析結(jié)果如圖5所示,方向盤處x向、z向振動(dòng)加速度頻譜分析結(jié)果如圖6所示。

由圖5可知:怠速工況下座椅導(dǎo)軌處z向振動(dòng)加速度幅值隨汽車行駛里程的增加明顯變化,其中變化較大的是在頻率24Hz附近,4種狀態(tài)的振動(dòng)加速度幅值均隨行駛里程的增加而增大。z向2階振動(dòng)加速度幅值增大,是由于發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速為730r/min左右,對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)2階振動(dòng)頻率為24Hz左右,隨著里程的增加,懸置橡膠老化及零部件磨損等,由發(fā)動(dòng)機(jī)引起的振動(dòng)明顯增加。由圖6可知:方向盤x向與z向的2階加速度幅值均隨行駛里程的增加而增大,行駛里程為0時(shí)2階振動(dòng)加速度幅值均低于其他行駛里程時(shí)。綜上分析,該車行駛里程為100000km時(shí)車內(nèi)振動(dòng)加速度與噪聲聲壓級(jí)較行駛里程為0時(shí)主要變化如下:1)怠速工況下車內(nèi)噪聲聲壓級(jí)隨行駛里程的增加先升高后降低,行駛里程為[0,60000)km時(shí)噪聲聲壓級(jí)隨行駛里程增加而增大,行駛里程為[60000,100000]km時(shí)噪聲聲壓級(jí)降低;相同擋位下,空調(diào)開較空調(diào)關(guān)時(shí)噪聲聲壓級(jí)大;相同空調(diào)開關(guān)狀態(tài)下,R/D擋較P/N擋的噪聲聲壓級(jí)大;2)怠速工況下,車內(nèi)振動(dòng)加速度隨行駛里程的增加而增大,座椅導(dǎo)軌z向2階振動(dòng)加速度幅值,方向盤x向、z向2階振動(dòng)加速度幅值均隨行駛里程的增加而增大。

3 結(jié)語

通過對(duì)某SUV進(jìn)行怠速工況下振動(dòng)與噪聲測(cè)試,得到在0、30000、60000、100000km4個(gè)關(guān)鍵行駛里程時(shí)駕乘人員耳旁噪聲與方向盤和座椅導(dǎo)軌處的振動(dòng)變化特性,分析其噪聲聲壓級(jí)與振動(dòng)加速度的整體變化特性與頻域變化特性可知:車內(nèi)駕乘人員耳旁噪聲聲壓級(jí)在行駛里程為0~60000km時(shí)增大,并顯著高于行駛里程為0時(shí),行駛里程為100000km時(shí)噪聲聲壓級(jí)較60000km時(shí)有所下降,但仍高于行駛里程為0時(shí);行駛里程為0~100000km時(shí),方向盤與座椅導(dǎo)軌處振動(dòng)加速度均隨行駛里程的增加而增大。該車在行駛過程中存在一定的NVH性能衰減,無法在行駛較長里程后繼續(xù)保持新車NVH品質(zhì)。

作者：李珊1,2,徐傳燕1,許春曉1,宮勛1,孟麗雪11.

作者單位：山東交通學(xué)院汽車工程學(xué)院,山東濟(jì)南250357;2.山東超鏈智能科技有限公司,山東濟(jì)南250101

來源：山東交通學(xué)院學(xué)報(bào)