关键词：尾门系统；轰鸣噪声；声固耦合；NVH
作者：董海威 张军 周禾清 李德水 李燕
单位：吉利汽车研究院（宁波）有限公司
弁言
近年来，随着用户对汽车认知的深入，对车辆性能哀求也越来越高，汽车NVH的寻衅不断加大。各大汽车生产商及干系零部件供应商均加大对NVH的研发。特殊地，车内的低频轰鸣声会给驾乘者带来主不雅观上明显的压耳感，生理上易引起焦躁不安的感情，乃至头晕恶心的身体反应，这种情形，在NVH开拓中须要更加重视。
海内吉林大学赵荣宝等较早地概括了声固耦合的理论方法，综合指出车身构造振动与车内辐射引起紧张的低频噪声，车内吸声材料针对中高频噪声有改进，但是低频改进不明显。西南交通大学的闫兵针对某车型传动系扭振引起的车内轰鸣声问题，经大量试验研究创造减速器的振动勉励与车内空腔模态耦合是产生车内轰鸣声的紧张缘故原由，并通过增加扭振减振器和双质量飞轮，降落勉励源改进了车内轰鸣噪声。刘元德等针对树脂材料尾门，初步明确了尾门缓冲块对尾门模态及轰鸣声性能的影响规律和幅度，指出了尾门缓冲块的硬度、安装位置及工艺对轰鸣声的影响。
本文先容了某SUV车型尾门引起的路噪低频轰鸣排查与测试剖析过程，系统阐述了尾门导致车内低频轰鸣事理，并根据实际工程开拓，提出详细可行的工程化方法，这对付提升尾门系统NVH性能开拓有主要的工程辅导意义。
01、路面低频轰鸣的振动剖析过程
路面勉励由不同路径通报，轮胎、轮辋、转向节、前后悬架、副车架等，浸染于车身的前风挡、顶盖、尾门等相应端，终极驾驶员或车内搭客感知到轰鸣噪声。尾门系统作为整车主要的开闭件系统，模态与整车模态、车内空腔模态靠近，若未合理设计避频，在勉励下易产生声固耦合问题导致车内轰鸣严重。因此，前期设计开拓中，对付尾门系统关键参数的设定尤为主要。
低频轰鸣问题剖析识别
某SUV车型小批量生产阶段，同批次多车辆涌现较明显的路噪轰鸣声问题，主不雅观评价存在鼓膜压迫感。针对此问题，我们首先进行实车紧张问题工况的主不雅观评价及剖析识别。经反复评估比拟，在粗糙路面匀速60Km/h行驶，车内存在低频压耳的轰鸣声，且创造同配置同问题工况车辆的低频轰鸣大小不同，这可能涉及详细量产工艺及制造偏差。
客不雅观数据测试
利用LMS系统 SCADAS振动噪声数据采集设备，采集车内驾驶员左耳和后排座椅右座右耳的声音旗子暗记，设置的剖析带宽为20480 Hz，频率分辨率为1Hz。测试工况为粗糙路匀速60kph行驶，并与两辆竞品车进行路噪数据比拟。
经比拟创造：（1）此SUV车型前排存在33Hz旁边的低频轰鸣噪声峰值，1/3倍频程数据显示为52.3dB，高于竞品车6dB旁边，主不雅观评价在前排位置低频轰鸣压耳感明显，如图1（a）；（2）比拟前后排车内低频轰鸣，后排小于前排，与紧张竞品车相称，如图1（b），此问题需重点关注。
（a）主驾左耳噪声
（b）后排右座右耳噪声
图1 粗糙路匀速60kph车内噪声
02、基于方案验证的仿真及试验剖析
仿真剖析识别
针对33Hz频率的路噪轰鸣，打算车身板金件包括车身前后地板钣金件、玻璃等对车内低频轰鸣声紧张贡献量。
图2是仿真打算得到的主驾左耳噪声；图3为仿真识别到的紧张钣金件贡献量。根据仿真剖析结果，进一步明确尾门系统是导致当前轰鸣的紧张问题部件。
图2 仿真打算主驾左耳噪声
图3车身33Hz钣金件贡献量识别
基于相应真个扰动试验法
在尾门内钣金中间位置，如图4所示，螺接频率33Hz重量1kg的吸振器，浸染方向为垂直于尾门钣金，整车X向。吸振器的事理是在振动物体上附加质量弹簧共振系统，吸振器反相位振动，减小特定频率下尾门本体振动的浸染，从而降落固声耦合的幅值。
图4 尾门内钣金位置（红圈）增加吸振器
如图5所示，经实车评测及主不雅观驾评，车内轰鸣噪声改进明显，基本可以接管。通过在尾门系统中增加吸振器方案，降落尾门本体振动，改进车内低频轰鸣声，但这也会导致尾门系统重新匹配开拓设计及试验验证调教，增加开拓本钱及开拓周期，推迟整车交付韶光。
（a）前排主驾左耳噪声
（b）后排右座右耳噪声
图5 尾门增加吸振器状态匀速60kph噪声结果比拟
车内声固耦合的调度验证
在勉励源的不变的情形下，通过改变车内声固耦合形式，降落声压幅值来改进车内轰鸣。当构造空间一定时，空腔模态是固定模态频率无法改变。公式（1）为空腔模态的打算公式，
个中Lx,Ly,Lz为构造空间X,Y,Z向的长度，Nx,Ny,Nz为对应构造空间的空腔模态。我们可以通过调度尾门密封系统,例如缓冲块、限位块、密封条等密封橡胶件的刚度值，构造不变时取决于橡胶的硬度，如图6所示，两种不同硬度的尾门缓冲垫的力-位移曲线。这样通过尾门模态增大或减小，改变声固耦合形式。
图6尾门缓冲垫力-位移曲线
下面进行70HA和45HA两种缓冲垫硬度的测试，测试尾门模态频率、振型及尾门反力，详细结果如图7所示。
图7 （a）缓冲垫70硬度尾门的振型及模态
图7 （b）缓冲垫45硬度尾门的振型及模态
如表1所示，测试结果表明尾门反力可表征尾门约束模态，两者之间存在强关联性。
比拟测试两种状态的车内噪声数据及尾门振动数据，创造改换45°的尾门缓冲垫，车内低频轰鸣峰值降落明显，如图8(a)，车内噪声峰值降落6.7dB，知足了整车量产的哀求。进一步剖析，问题噪声峰值频率从34.7Hz移到29.9Hz，对应的尾门振动峰值频率从33.9Hz移到25.3Hz，如图8(b)，但是尾门振动幅值基本相称，个中振动布点位置为尾门外钣金几何中央位置。
（a）主驾左耳噪声结果比拟
（b）尾门振动结果比拟
图8匀速60kph两种缓冲垫硬度测试数据
从而可以推断，尾门振动与声腔振动的声固耦合形式发生变革，导致车内轰鸣改进明显。因此，需进一步对声固耦合的机理事理进行剖析。
03、尾门系统低频轰鸣的事理剖析
尾门系统关键子部件
研究尾门系统引起的车内低频轰鸣问题，首先对尾门系统的各个子部件进行深入阐发，确定与NVH内部属性的关联性，如图9所示。
图9 尾门子部件与NVH属性的关联示意图
经识别尾门弹性模态引起的声固耦合问题，在尾门框架基本确定的情形下，通过调度内部撑板及内外钣金件的厚度等参数，增加内外钣金的刚度等。
对付尾门系统刚体模态引起的声固耦合问题，调度尾门密封系统（密封条、缓存块、限位块等）刚度值等参数，或者其合营公差调度。可以有效调度尾门模态来改变声固耦合形式，改进车内低频轰鸣。通过调度尾门反力的大小，来快速调度尾门模态。同时NVH内部属性平衡，评估改变尾门反力导致的关门声品质、异响及尾门漏声等问题。
声固耦合模型的建模理论根本
整车车身包括大部分冲压后的钢板经由焊接后组成的车身框架，及车身玻璃或者树脂及其它材料的尾门等，均为非空想刚体。当车身构造受到外界勉励时，路面勉励或动力总成勉励，发生振动压迫车内声腔，导致车内声压分布的变革。
同样的，当车内声压发生变革时也会反浸染于车身构造，激起车身板件的振动，车身构造与声腔之间发生相互浸染，这就形成了车内的声固耦合系统，如图10所示，个中K、C表征的紧张是尾门系统的缓冲块、限位块、密封条、限位锁的特性。。比拟SUV车型，三厢轿车的后备箱尾门靠近平行与下车体，因此尾门振动引起的声压变革无法形成声固耦合，导致车内低频轰鸣（如图11）。
常日在低频范围内的耦合浸染很明显，这种低频的耦合模态在靠近其模态频率的勉励下会使车身内部的某些区域声压明显升高，产生强烈的低频轰鸣相应。特殊是尾门系统，在完备闭合状态下，依然存在相对其它车身部件较大的纵向位移。
考虑阻尼效应，车身的构造模型可以表示为：
个中，表示未受到约束部分的质量矩阵，表示未受到约束部分的刚度矩阵，表示未受到约束部分的刚度矩阵，表示施加在构造上的外力矢量。
同理，车内声压的模型可表示为：
考虑声压对构造的影响，动力学方程可以表示为：
式中，表示刚度耦合矩阵，表示载荷勉励。
虑构造振动对声腔的影响，声学方程可以表示为，
个中，表示耦合刚度矩阵，表示勉励载荷。
末了可以得到两者的耦合方程：
简化为一维长方体声场剖析
对付实车的声固耦合情形极为繁芜，为问题便于解析，暂不考虑乘员舱仪表板、座椅支配及其它声学包材料的影响，同时对付后备箱可能起到空腔共鸣器的浸染也进行简化。模型简化为两端闭合的一维的长方体声场，如图12。
图12 简化的一维的声固耦合模型
声波在一维空间进行传播，Mx表示一阶振型，中间波形为波谷面，两端封闭端为波峰面。如图13所示。对付SUV车型的空间布局，前排及后备箱位置位于波峰面，后排位于波谷面位置。以此简化剖析，尾门导致的低频轰鸣每每前排噪声大于后排。
图13 声波在一维空间传播的模型
04、尾门系统掌握工程化方法
在整车开拓过程中，不仅要考虑NVH属性，而且要知足各属性开拓哀求才能担保开拓节点顺利量产。本次尾门缓冲垫硬度从70°调度为45°，刚度从135N/mm调度为46N/mm。须要再进行尾门系统的耐久疲倦剖析，道路异响确认。例如缓冲块硬度降落后，恶劣道路时尾门锁扣在异响涌现的概率会变大。同时均衡NVH各个工况，包括怠速、小油门加速、中大油门加速的轰鸣噪声问题。对付纯电动车后驱开拓，要设定合理的模态分布表，特殊与后悬架电机的刚体模态进行合理避频。
同时考虑到基地总装工艺过程掌握及尾门面差等的外不雅观哀求，实车检测批量生产时尾门反力实测力值存在一定的颠簸性，间接反响出尾门模态存在的颠簸性。这也是问题确认时，小批量样车路噪轰鸣存在偏差颠簸。以是，结合项目及工程实际，终极锁定缓冲垫橡胶硬度50°，同时通过检控尾门反力来确保尾门模态在合理区间。
05、结论
针对某SUV车型存在的车内低频轰鸣声问题，通过勉励源、通报路径及相应真个排查，结合声固耦合的机理事理，重点对相应端尾门系统进行深入剖析研究。
(1) 通过尾门增加吸振器可改进尾门引起的低频轰鸣噪声，考虑到尾门系统的须要各个属性的平衡，建议在前期开拓设计中进行预留；
(2) 尾门缓冲垫对付改变模态起到及其主要的浸染，鉴于声固耦合导致低频轰鸣的繁芜性，类似底盘衬套等橡胶件，尾门缓冲垫纳入后期DOE调教的主要部件；
(3) 尾门模态作为性能设计的主要管控参数，同时必须考虑声固耦合对车内低频轰鸣的影响。通过试验及仿真结合的方法，对付低频轰鸣问题，可以快速准确的锁定导致车内低频轰鸣的关键部件。
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