（机械制造及其自动化专业论文）基于白车身实验模态分析的某srv车内噪声控制研究.pdf

基于白车身实验模态分析的某s r v 车内噪声控制研究 摘要 汽车车内噪声水平是一项重要的汽车n v h 性能指标，降低车内噪声可以使 车内环境更舒适，从而提升车型的市场竞争力。 论文主要针对某s r v 车内噪声值较国外同类竞争车型高、司乘人员主观感 受较差的问题展开研究。论文首先对该s r v 进行全面的n v h 测试，通过分析测 试结果确定其车内噪声主要是由车身结构振动引起的结构传播噪声；进一步通 过试验模态分析的方法获得了该s r v 及竞争车型白车身的动态特性，对比两者 的测试结果发现两者在5 0 h z 处有明显的差别，结合车内噪声测试的结果分析， 表明这种差别正是竞争车型车内噪声较s r v 车内噪声性能优异的重要原因。 根据前期的分析结果，提出对s r v 白车身的薄弱部位进行加强处理，并对 整改后的s r v 车内噪声水平进行测试，对比原先的测试结果，发现整改后车内 噪声值有普遍的下降，验证了整改措施对车内噪声的改善有明显的效果。 关键词；车内噪声白车身试验模态分析结构传播噪声 t h e s t u d y o fs r vi n t e r i o rn o i s ec o n t r o lb a s e do l lw h i t e - b o d y t e s tm o d a la n a l y s i s a b s t r a c t t h ev e h i c l ei n t e r i o rn o i s ei sa ni m p o r t a n ti t e mo f n v i tc h a r a c t e r i s t i c b yr e d u c i n g t h ei n t e r i o rn o i s e ，t h ei n t e r i o rs o u n dq u a l i t yc o u l db ei m p r o v e d , t h u st h ev e h i c l ew i l l b em o r ec o m p e t i t i v et h a no t h e r s t h i sp a p e rm a i n l ys t u d i e do nas r vi n t e r i o rn o i s eb e c a u s eo fi t sh i 【g hs p la n d p o o rs o u n dq u a l i t y f i r s t l y , t h ep a p e rd i da na l l - a r o u n dn v h t e s ta b o u tt h ev e h i c l e ， b ya n a l y z i n gt h er e s u l t ，i ti sc o n c l u d e dt h a tt h ei n t e r i o rn o i s ew a sm a i n l yc a u s e db y t h eb o d yv i b r a t i o n s e c o n d l y , t h ep a p e rh a dd i dw h i t e - b o d yt e s tm o d a la n a l y s i sb o t h a b o u tt h es r va n dc o m p e t i t i v ev e h i c l e ，t h er e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h ed y n a m i c c h a r a c t e r i s t i co f t h et w ow h i t e b o d yh a do b v i o u sd i f f e r e n c ea t5 0 h z ，a c c o r d i n gt ot h e i n t e r i o rn o i s et e s ta n a l y s i sr e s u l t , i ti n d i c a t e dt h a tt h ed i f f e r e n c em a yb et h ei m p o r t a n t r e a s o no f t h eh i g hs p la n dp o o rs o u n dq u a l i t yo f t h es r v f r o mt h ep r e v i o u sc o n c l u s i o n , t h ep a p e ra d v i s e dt h es r vp r o d u c e rt os t r e n g t h e n t h ew e a kp a r to ft h ew h i t e - b e d y a f t e rt h a t , t h ep a p e rt e s t e dt h ei n t e r i o rn o i s ea g a i n , c o m p a r e dt ot h eo r i g i n a lr e s u l t , i tf o u n d t h a tt h ei n t e r i o rn o i s eh a dr e d u c e do b v i o u s l y i ta l s op r o v e dt h a tt h et e s tm o d a la n a l y s i sw a sc o r r e c t k e y w o r d ：i n t e r i o rn o i s e ，w h i t e - b o d y , t e s tm o d a la n a l y s i s ，s t r u c t u r e - b o r n en o i s e 图2 - 1 图2 - 2 图2 - 3 图3 - 1 图3 - 2 图3 - 3 图3 - 4 图3 - 5 图3 - 6 图3 7 图3 - 8 图3 - 9 图3 - 1 0 图3 - 1 1 图3 - 1 2 图3 - 1 3 图3 - 1 5 图4 - 1 图4 - 2 图4 - 3 图4 - 4 图4 _ 5 图5 - 1 图5 - 2 图5 - 3 图5 - 4 图5 - 5 图5 - 6 图5 _ 7 图5 _ 8 图5 - 9 图5 - 1 0 图5 - 1 1 图5 - 1 2 图5 - 1 3 图5 - 1 4 图5 - 1 5 图5 - 1 6 图5 - 1 7 图5 - 1 8 车内噪声产生机理图 插图清单 车内噪声的主要来源 s r v 车内噪声研究流程图 司机右耳测点布置图 排气管口测点布置图 7 发动机舱测点布置图 定置怠速工况下司机右耳噪声a 计权图。 1 2 1 2 1 2 1 3 定置1 5 0 0 r p m 工况下司机右耳噪声a 计权图1 3 定置2 5 0 0 r p m 工况下司机右耳噪声a 计权图 定置3 5 0 0 r p m 工况下司机右耳噪声a 计权图 定置4 5 0 0 r p m 工况下司机右耳噪声a 计权图 路试3 档5 0 k m h 司机右耳噪声 计权图 路试3 档6 0 k m h 司机右耳噪声a 计权图 1 4 1 4 1 4 1 5 路试3 档7 0 k m h 司机右耳噪声a 计权图1 5 路试3 档8 0 k m h 司机右耳噪声a 计权图1 5 路试4 档9 0 k m h 司机右耳噪声a 计权图1 6 路试5 档1l o k m h 司机右耳噪声a 计权图。1 6 定置怠速驾驶员右耳噪声与发动机舱噪声、排气噪声的相干分析谱图1 9 定置1 5 0 0 r p m 驾驶员右耳噪声与发动机舱噪声、排气噪声的相干分析谱图1 9 定置2 5 0 0 r p m 驾驶员右耳噪声与发动机舱噪声、排气噪声的相干分析谱图2 0 定置3 5 0 0 r p m 驾驶员右耳噪声与发动机舱噪声、排气噪声的相干分析谱图2 0 定置4 5 0 0 r p m 驾驶员右耳噪声与发动机舱噪声、排气噪声的相干分析谱图2 0 白车身模态实验测试系统框图2 3 白车身实验模态分析几何模型2 5 白车身模态分析流程图2 6 脉冲激励信号时频图2 7 车身响应信号时频图2 7 基于变时基技术的频率响应函数 白车身频响函数集总平均图 白车身试验模态分析稳定图 白车身试验模态振型相关检验矩阵图 样车一4 9 6 8 2 h z 振型图。 样车二1 9 7 4 8 h z 主振型 样车二2 9 3 0 5 h z 主振型 。2 8 3 0 3 l 3 3 3 3 样车二3 3 12 6 h z 主振型3 3 样车二4 6 7 5 5 h z 主振型3 3 样车二4 8 2 1i h z 主振型3 3 样车二5 8 6 9 2 h z 主振型3 3 样车二7 4 2 0 9 h z 主振型3 4 样车二1 0 4 6 8 8 h z 主振型 图5 - 1 9 图5 - 2 0 图5 - 2 1 图5 2 2 图5 - 2 3 图5 - 2 4 图5 2 5 图5 2 6 图5 - 2 7 图5 - 2 8 图5 - 2 9 图6 - 1 图6 _ 2 图6 - 3 图6 - 4 图7 - 1 图7 - 2 图7 - 3 图7 - 4 图7 - 5 图7 6 图7 - 7 图7 - 8 图7 - 9 图7 - 1 0 图7 - 1 1 图7 - 1 2 图7 1 3 图7 - 1 4 样车三4 9 0 1 3 h z 振型图。 样车四2 3 4 5 0 h z 主振型 样车四2 8 1 6 0 h z 主振型 样车四3 8 4 4 2 h z 主振型 样车四“5 5 1 h z 主振型 样车四5 9 5 8 7 h z 主振型。 样车四6 5 4 2 6 h z 主振型 样车四7 0 7 2 9 h z 主振型。 样车四1 0 0 7 5 6 h z 主振型 主要振型分布图 局部振型分布图 白车身顶部整改部位示意图 3 6 3 6 3 6 3 6 3 7 白车身后备箱底部整改部位示意图4 4 白车身后备箱侧部整改部位示意图。4 5 白车身后车门整改部位示意图4 5 定置怠速工况整改前后司机右耳噪声a 计权对比图4 7 定置发动机5 0 0 r p m 工况整改前后司机右耳噪声a 计权对比图4 8 定置发动机2 5 0 0 r p m 工况整改前后司机右耳噪声a 计权对比图4 8 定置发动机3 5 0 0 r p m 工况整改前后司机右耳噪声a 计权对比图4 8 定置发动机4 5 0 0 r p m 工况整改前后司机右耳噪声a 计权对比图4 9 路试3 档5 0 k n v h 工况整改前后司机右耳噪声a 计权对比图。4 9 路试3 档6 0 k m hi 况整改前后司机右耳噪声a 计权对比图4 9 路试4 档7 0 k m h 工况整改前后司机右耳噪声a 计权对比图5 0 路试4 档8 0 k m h 工况整改前后司机右耳噪声a 计权对比图5 0 路试5 档9 0 k n v h 工况整改前后司机右耳噪声a 计权对比图5 0 路试5 档1 0 0 k m h 工况整改前后司机右耳噪声a 计权对比图5 l 路试5 档1 l o i i l i h 工况整改前后司机右耳噪声a 计权对比图。5 1 s r v 整改前后定置工况车内噪声值对比图5 2 s r v 整改前后路试工况车内噪声值对比图5 2 v i i 表l - l 表1 2 表2 1 表3 1 表4 - l 表4 - 2 表5 1 表5 - 2 表5 - 3 表5 - 4 表5 5 表5 - 6 表6 - 1 表6 - 2 表7 i 表7 - 2 表格清单 汽车噪声限值( 车辆加速行驶噪声d b ( a ) ) l 我国车辆噪声一般水平( 车辆加速行驶噪声d b ( a ) ) 2 不同行驶状态下空气传声和结构传声所占比例8 常用工况下车内噪声优势频率统计1 7 怠速工况下相干函数峰值频率及相干系数统计表2 1 车内噪声优势频率峰值与相干分析峰值比较关系表 样车一所有振型描述 样车二所有振型描述 3 0 样车三所有振型频率3 4 样车四所有振型频率3 5 主振型对比关系表3 7 局部模态频率对比关系表3 8 车内噪声与白车身模态频率对照关系表4 2 车内噪声与白车身模态频率对照关系表4 3 整改前后s r v 定置工况司机右耳噪声声压级对照表5 l 整改前后s r v 路试工况司机右耳噪声声压级对照表5 2 v i h 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得 盒胆王些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用 过的材科。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示谢意。 学位论文作者签名；，； 妨呜一， 祥魄7 删日 | 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金胆王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权金魍王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫插等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名蜀4 留毛， 签字日期：7 年厂月二蛔 学位论文作者毕业后去向 工作单位：江铃汽车股份有限公司 通讯地址： 导师签名： 签字日期：o 电话： 邮编： 致谢 本文是在我尊敬的导师陈剑教授的悉心指导下完成的。陈剑教授广博 的知识、严谨的治学态度给我留下了很深的印象，使我受益匪浅。在课题研究 过程中，陈老师以他独特的思考方式、丰富的实践经验，解决了我所遇到的疑 惑和难点。值此论文完成之际，谨向陈剑老师表示衷心的感谢和崇高的敬意l 毕传兴老师在论文最后的定稿中给出许多宝贵的意见，指出了文中许多错 误和不准确的地方，在此向毕老师表示深深的谢意。在课题研究中得到陈永新 博士后提供的许多帮助。本论文还得到其他许多热心的朋友和同学的指导和帮 助，在车内噪声的测试中，得到了北京朗德公司彭欣工程师的大力帮助；在测 试结果的分析中，徐晓军老师提供了大量的指导；在自车身模态分析过程中， 得到了北京东方振动研究所董书伟工程师的悉心指导；在发动机振动及悬置特 性分析方面，有李令兵同学的帮助；车内噪声的声品质方面钟秤平、汪念平同 学给出了许多指导性意见，还有陈辉、范习民、高煜同学在论文设计及数据处 理上提供了帮助，此外韩晓峰，王建楠、张寰、雷达等同学在我的研究生学习 和课题研究过程中都给予了热情的帮助。在此对他们一同表示感谢l 最后感谢我的父母和姐姐姐夫，感谢他们这么多年来对我的支持和关怀， 我才可以完成我的硕士阶段的学业，正是他们无私的关爱，才使得我的人生一 直充满阳光，感谢我可爱的两个小外甥女，你们的笑声让我忘却所有的烦恼! i 作者吴赵生 日期2 0 0 7 4 - 2 7 第一章绪论 1 1 开展车内噪声研究工作的意义 随着消费者对汽车乘坐舒适性要求的提高和社会环保意识的加强，各国对 汽车噪声的要求也越来越严格，改善车辆内部声学环境，降低车内噪声水平， 是各国政府和车辆生产厂家共同关注的问题“。车内噪声具体指汽车行驶时乘坐 室内存在的各种噪声，现阶段汽车车内噪声的研究已受到普遍重视，开展车内 噪声研究有着重要的意义嘲，主要可以概括为： 1 ) 降低车内噪声是汽车工业自身发展的需要 汽车出现已经有一百多年，伴随着其他相关学科的发展，汽车工业也在不 断的发展，其主要表现在各种高技术含量的性能指标不断提升。同时消费者对 车内环境的要求越来越高，随着信号处理，传感器和新材料等技术的长足发展， 使得这种趋势成为可能。 2 ) 降低车内噪声是市场竞争的需要 现今世界汽车工业的竞争十分激烈，同系列竞争车型在车内噪声水平上的 差别往往成为决定其市场竞争力的重要因素。1 ，因此各大汽车厂商纷纷投入大量 的人力和财力进行自身产品车内噪声水平的提升。各大汽车厂家之间的竞争有 利的推动了汽车车内噪声控制技术的发展，另一方面，通过提升汽车性能使各 大汽车厂家得到更大的效益，反过来使得其在汽车研发方面的投入更大，这两 方面原因共同使得汽车乘坐室内环境越来越安静、舒适。 3 ) 各国不断出台的汽车噪声水平的强制规定使得汽车噪声水平不断提高 随着汽车普及率的提高，汽车对社会的影响越来越大。汽车在给社会带来 很大方便的同时也引发了很多的社会问题，汽车的噪声污染问题日益突出，有 汽车通过噪声对环境的影响，车内噪声对司乘人员的危害，座椅振动对司乘人 员的危害等“”。这些问题的激化使得相关部门不断提高原有标准的水平，通过 噪声水平正以每十年3 d b 的速度降低啪。另外在某些国家，某些行业性标准正不 断地成为国家强制标准，比如车内噪声、司机座椅的振动等，达不到这些标准 就将被禁止进入市场嘲。这些因素都促使了整车噪声水平的研究越发重要。 表1 - 1 汽车噪声限值( 车辆加速行驶噪声d 8 ( a ) ) 国别车型 轿车厢式车卡车 奥地利7 88 0 欧共体1 9 8 6 7 7 7 98 3 8 4 瑞典 7 57 78 2 8 4 日本 7 87 88 3 中国8 28 3 8 6 8 4 8 9 欧共体1 9 9 67 47 67 9 8 0 表卜2 我国车辆噪声一般水平( 车辆加速行驶噪声d b ( ) ) 涂弋 加速行驶噪声匀速噪声5 0 k m ，h 重型汽车 8 6 9 28 4 8 9 中型汽车 8 1 8 97 7 8 5 轻型汽车 7 8 8 l6 5 8 2 大客车8 2 8 87 4 8 4 小轿车7 7 8 36 2 7 4 摩托车 8 1 9 07 3 8 3 拖拉机 8 4 9 17 7 8 6 随着汽车工业的发展，汽车车内噪声在汽车所有性能指标中地位日益突出。 车内噪声性能突出的汽车具有更强的市场竞争力，因此车内噪声的研究越来越 被更多的汽车厂家重视。 1 2 汽车车内噪声研究国外的发展与现状 为了降低车内噪声、改善车内乘坐环境，国外许多专家学者在车内噪声的测 量、评价、控制方法、预估等方面进行了大量的理论和试验研究。 早在7 0 年代，国外一些学者就开始用模态分析法、有限元法和边界单元法等 研究封闭腔内的声振问题。这些方法为解决车内噪声的计算和预估提供了有效 工具，特别是随着计算机技术的迅速发展，该项技术也得到了推广和普及。但 是随着结构和声腔模态阶数的增高，模态技术( 包括有限元法) 的应用受到限制， 为此统计能量分析法( s e a ) 日益受到众多研究者的重视。c o l e 、c r o k e r 等较早 地用s e a 法讨论运输车辆驾驶室的噪声问题，其理论预估和试验结果，在高频、 高模态密度情况下吻合较好。但在低频、模态阶数不高的情况下，该方法的应 用受到限制。 上述方法的单独使用，在对车内声场进行分析时都难以达到令人满意的效 果。为此p o p e 和w i l l b y 分别把适用于低频、低模态阶数的模态分析法( 包括有限 元法等) 和适用于高频、高模态阶数的s e a 法结合起来，统一在积分方程法之中 用于宽频域的分析，并用功率平衡的概念，导出封闭腔内的声压表达式，形成 了独具特色的有限带宽功率流法。由于该法可同时预估低频和高频噪声，是目 前较为流行的方法。 k a o r um a s u k o 和t a k e s h ia b e ，通过研究发动机、排气噪声与车辆外部噪声 的关系，提出了小型车辆加速噪声的模拟估算法，并编制了一套可为实用的估 算程序。为在设计的最初阶段就达到降低小型车辆外部噪声的目的，作了有意 义的探索嘲。 在车辆噪声的控制方面，国外的专家学者也从很早就开始进行了试验、研 究工作。目前国外汽车噪声研究和控制的重点已经转向结构振动噪声，轮胎噪 声及发动机隔声罩的研究方面，其控制技术已普遍达到实用阶段。绅宝公司在 运用了正向设计和虚拟制造技术的基础上，将某一车型的车身刚度提高2 5 ，从 而有效的降低了结构振动引起的车内噪声旧。捷克的科学家设计出一种无噪声公 路，在沥青路面上再铺上一层消震层，可以降低汽车行驶过程中产生的强烈振 动和噪声。挪威生产并使用无声水泥铺设无噪声公路，能将汽车行驶时由轮胎 与地面摩擦产生的噪声吸收，从而达到减噪的目的，这种路面不仅仅可以有效 的降低汽车通过时的噪声和振动，而且比普通的水泥路面使用的寿命更长，铺 后2 4 小时就可以使用。李卡多试验室通过在大型车辆上采用屏蔽和隔声罩所得 到的某些结果证实，把附有吸声材料贴层的屏蔽层紧贴在发动机表面上，可以 有效地降低车辆噪声4 5 d b ( a ) 。这种技术可以发展形成为一种隔声罩，优化设 计后用它可以降低车辆噪声l o d b ( a ) ，同时还可以保持通道形状，使空气流量降 低不多。然而这种降低噪声的措施不论是对发动机制造厂还是对发动机用户来 说都是不够大众化的。m l ec r e u r e r 和m a r t y 通过试验，在发动机变速箱底部 采用0 9 毫米钢板所制成的简单隔声罩，曾使车辆外部噪声降低了2 d b ( a ) ，如 果采用合适的消声及吸声材料则可得到更好的降噪效果旧“】。 有源噪声控制方法( a c t i v en o i s ec o n t r o l ，简称a n c ) ，是近2 0 年发展起 来的一种全新的噪声控制方法。1 9 8 1 年，b u r g e s s 首次采用w i d r a w 等人提出的 电噪声自适应抵消算法进行管道自适应有源消声的仿真研究，1 9 8 2 年，r o s s 首 次将自适应数字滤波技术应用于管道有源消声系统，研究了宽带有源消声系统 的专门算法，针对风洞中的环境噪声进行了抵消试验，取得了令人满意的结果， 英国i s v r 的n e l s o n 等人在封闭空间有源消声理论研究和控制技术方面做了大量 工作，提出了本征相干理论，研究了有源消声系统次级声源阵和监测传声器阵 的最优布放问题，并开始在轿车车内进行自适应有源降噪研究。1 9 8 7 年1 9 9 0 年， 英国l o t u s 汽车公司与i s v r 合作，将自适应有源消声技术应用于轿车噪声控制， 控制器的核心是数字计算机，采用发动机转速信号分频方法产生多阶正弦波参 考信号，在发动机转速为3 0 0 0 r p m 5 0 0 0 r p m 范围内取得了明显的车内低频发动 机谐阶噪声降噪效果，可降低车内轰鸣声( 对应发动机点火频率谐阶噪声) l o d b 左右。由于采用了多个监测传声器和次级声源，消声区域较大，跟随时间较短， 能快速跟随车内低频发动机谐阶噪声的变化- - i s 。 1 3 汽车车内噪声研究国内的发展与现状 国内的汽车车内噪声研究起步较晚，技术还不够先进，但是经过近几年的发 展，整体水平有了显著的提高，一些著名的高校走与企业合作的道路，将车内 噪声的理论研究和实际紧密结合在一起。 上海同济大学张立军、靳晓雄、周宏、余卓等人通过道路试验方法对某型轿 车车内噪声进行分析，分析结果表明该车车内噪声主要由于发动机的二阶振动 引起，而且在传递途径存在很强的共振，车身顶棚和前围板是主要的噪声辐射 源，针对该车的发动机悬置系统和车身顶棚进行了有针对性的减振降噪措施， 取得了最大降噪8 d b ( a ) 的良好效果“”。泛亚汽车设计中心的刘涛、顾彦等人建 立了用于汽车车内高频噪声分析的s e a ( 整车统计能量分析) 模型，并重点对某 具体车型车身子系统的s e a 模型和基于s e a 的整车噪声传递路径进行了研究， 并将这以结果应用于某一具体车型，使该车型后排座位噪声明显降低“”。 吉林工业大学在国内首先开展车辆内部噪声的有源控制研究，常振臣，王 登峰，郑联珠，刘学广等人根据自适应噪声主动控制理论建立了自适应有源消 声拉制系统，提出车内噪声信号识别和预测的神经网络方法并用自适应有源消 声系统对车内低频噪声进行主动降噪，参考信号选用发动机支承处加速度宽带 信号，声学部分为单次级源、单传声器布置，同时对试验结果进行分析，通过 对被试面包车在稳态工况下的试验研究表明，采用该方法能有效降低车内低频 噪声试验室测量稳态工况噪声，低频总声级最大降低8 d b ( a ) “”d e 清华大学也 开展了车内自适应有源消声的研究，取得了试验室效果“”。 近几年c a e 技术的发展使得更多的学者开始将c a e 运用到汽车车内噪声的 控制研究方面“”，合肥工业大学噪声振动工程研究所通过对某型客车进行c a e 分析，成功的降低该型客车车内噪声3 4 d b “，上海大众公司通过对某型轿车 白车身进行c a e 分析，避免了设计后期可能存在的结构共振“”，清华大学周长 路等人通过与试验分析结果验证的方法证明了c a e 技术在车内噪声控制方面的 有效性。 1 4 一种重要的汽车n v h 研究方法一一白车身模态试验 汽车作为一个复杂的系统，其n v h 性能受到很多因素的影响，比如发动机 的类型、驱动的方式、内饰件的特性等等，但是汽车系统的动态特性很大程度 上决定了汽车的n v h 水平，而白车身动态特性在很大程度上决定了汽车系统的动 4 态特性，因此白车身的模态分析对整车系统的n v h 研究至关重要”“。 对车身的动态特性的研究主要有两大种方法：c a e 和试验研究。c a e 是包括 产品设计、工程分析、数据管理、试验、仿真和制造的一个综合过程，关键是 在三维实体建模的基础上，从产品的设计阶段开始，按实际条件进行仿真和结 构分析，按性能要求进行设计和综合评价，以便从多个方案中选择最佳方案， 或者直接进行设计优化运用有限元的原理“”。运用c a e 技术对汽车车身的模态 分析中，由于汽车作为一个复杂的系统，有限元处理过程中用理论方法建立的数 学模型本身存在很大的近似性和不确定性，大量新型材料的使用也加大了这种近 似性和不确定性，因此有限元得到的结果也就具有相当的不确定性“”l t i 。 试验研究方法是通过试验求解出白车身的动态特性，随着传感器技术和信 号分析理论的不断发展，试验研究的准确程度不断得到提高。试验模态分析由 于工况接近实际工况或者就是在实际工况下进行的测试，而且试验设备和处理 方法不断发展，因此现阶段的试验模态分析具有很好的准确性。试验模态分析 的结果不仅可以作为有限元分析结果的补充，必要的时候也可以代替有限元直 接进行后续分析。随着相关学科的发展，一些新的理论不断融合到试验模态分析 技术中，使得这项技术逐渐趋于完善，在汽车行业的应用也不断得到发展。o 捌。 试验模态分析不需要结构准确的几何模型，由于没有竞争车型准确的几何 模型，因此试验方法对竞争车型的模态分析十分有效。 实验模态分析白车身的动态特性是指通过试验的方法，运用计算机求解出 车身各测点相对导纳点的频率响应函数，通过对所有测点的频率响应函数的综 合分析，得到白车身各固有频率和相应的振型涩1 。通过对白车身的动态特性的 分析，我们可以预测出该整车的n v h 特性，因为白车身的动态特性基本决定了 整车的动态特性“矧o “。 本课题在研究过程中需要掌握该样车白车身及竞争车型的动态特性，由于没 有准确的几何模型进行c a e 分析，因此在本课题的研究中采用试验的方法分析 该s r v 白车身的动态特性，最终的结果也表明试验模态分析的结果是相当可靠 的。 1 5 课题的来源和研究内容 某公司新研发s r v 车型样车在测试过程中发现车内噪声声压级较高，同等工 况下比国外同类型竞争车型普遍高3 4 d b ，司乘人员主观感受较差，严重影响 其新产品的上市。因此本课题针对该s r v 车型，首先对其噪声振动水平进行摸 底测试，确定其噪声传播的主要方式，并对其白车身进行试验模态分析，分析 出使乘客主观感受较差的频率范围的噪声的来源，提出整改措施，降低车内噪 声，并对整改后的车型进行对比测试。 本文的主要内容可以分为以下几点： 1 ) 车内噪声振动的摸底测试结果分析 分析了进行汽车噪声振动测试应该注意的基本注意事项，常用测试工况的选 择。对该车型的摸底测试结果进行分析，对其噪声水平有整体上把握，统计出 车内噪声的优势频率。 车内噪声传播方式分析 根据车内噪声的摸底测试结果，将车内噪声与发动机辐射噪声和排气噪声进 行了相关分析，确定了车内噪声传播方式主要是以结构传播方式为主，根据这 一结论，决定对白车身进行试验模态分析。 3 ) 白车身模态试验及结果分析 阐述了白车身模态试验的基本原理，实验系统搭建的基本原则，详细阐述了 本试验系统的搭建过程，数据处理所遵循的基本原则和数据处理的具体过程。 对样车白车身和竞争车型白车身进行试验模态分析，对比分析结果，对样车白 车身的动态特性进行评价，为具体整改措施提供理论依据。 钔具体整改措施的提出 阐述了通用的几种整改措施及其理论基础，并根据前面的分析结果，在与合 作单位的技术人员沟通后，在允许的范围内对车身提出整改措施。 5 ) 整改后的车内噪声的测量结果及前后的对比分析 在对白车身进行整改后，参考前面的试验工况对车内噪声进行测试，并将前 后的测试结果进行对比分析，验证整改措施是否对车内噪声有改善效果。 6 第二章课题主要的研究思路 2 1 课题研究要解决的问题以及预期的研究成果 本课题是针对某公司新开发的s r v 样车车内噪声声压级较高，司乘人员主 观感受较差这一具体工程问题设立的，希望通过对该s r v 一系列的噪声振动的 测试分析，提出治理意见，使整改后噪声振动水平接近或者达到国外同类型竞 争车型的水平。 2 2 课题研究主要思路 2 2 1 车内噪声的主要来源 车内噪声具体指汽车行驶时乘坐室内存在的各种噪声。控制车内噪声一直是 车辆设计、制造工程师的努力方向。汽车内部噪声不但可以引起驾驶人员的疲 劳，而且影响到车辆行驶安全协1 。总体来说车内噪声主要是由噪声源和振动源 引起的，其发生机理如图1 。 图2 - i车内噪声产生机理图 图1 中的振动源主要有两种意义：一是发动机、底盘工作时产生的振动；二 是路面激励产生的振动，其中路面激励频率较低，对于激发噪声影响较小。 2 2 2 车内噪声的传播方式 车外各噪声源噪声传递到车内主要可分为两大方式：结构传播噪声和空气传 播噪声。结构传播噪声是指轮胎车轮不平衡的动态力、路面激励、发动机燃 烧、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动态作 用力，直接或间接传到车身，引起车身振动，并通过结构辐射噪声到车内的传 播方式；空气传播噪声是指车外轮胎路面噪声和发动机系统噪声通过车身透射 到车内的传播方式。结构传播噪声与空气传播噪声的产生机理不一样，所以两 者产生的噪声频率成分也不一样，结构传播噪声主要集中在中底频率段，一般 不高于4 0 0 h z ，空气传播主要集中在中高频率段，一般在5 0 0 h z 以上，在4 0 0 h z 到5 0 0 h z 之间空气传播和结构传播都有可能。1 。 结构传播噪声频率成分主要由激励成分和车身结构的动态特性所决定。针 对结构传播噪声的处理主要有两大途径：控制激励源的激励和控制传递路径的 传递。控制激励源主要是指控制发动机的噪声和振动，排气系统的噪声和振动， 轮胎车轮系统的不平衡激励；控制结构传播噪声的路径主要是指把握车身系统 的动态特性，使其敏感频率与激励源激励频率错开。空气传播噪声主要与整车 系统的密封性能有关，另外车身壁板结构和玻璃窗也会影响空气传播噪声的程 度。”。表3 说明了不同行驶状态下空气传播与结构传播所占的比例。 表2 - i不同行驶状态下空气传声和结构传声所占比例 行驶匀速加速减速 状态 空气传播结构传播空气传播 结构传播空气传播结构传播 比例 5 l 4 9 4 2 5 5 7 5 4 0 5 5 9 5 2 2 3 车内噪声传播方式判别 进行车内噪声传播方式的判别是治理车内噪声的基础，车内噪声的来源分析 又是车内噪声判别的前提。车内噪声的主要声源有发动机噪声、进排气噪声、 冷却风扇噪声、气流噪声、底盘噪声( 底盘噪声可分为轮胎路面系统噪声和传 动系噪声) 等，这些噪声对车内噪声的具体影响形式如图2 所示临1 。 由于结构噪声的直接判别难度比较大，而空气传播的直接判别相对容易，因 此对车内噪声总是先判别是否以空气传播方式为主。在实际操作中可以定性的 将发动机舱的噪声测量值、排气管口的噪声测量值与车内噪声的测量值做相干 分析，根据相干分析的结果判别出车内噪声的主要传播方式，根据具体的传播 方式采取相应的处理方式。 图2 - 2 车内噪声的主要来源 8 2 2 4 课题主要的研究思路 判断出车内噪声的主要传播方式，就可以针对性的采取措施。针对空气传 播，比较有效的措施是阻断其传播路径，即封堵没有用处的通孔，更换吸声和 隔声性能不足的材料瑚瑚1 ；针对结构传播，比较有效的措施是控制激励源的 激励能力，当激励源的控制有限时，可以通过控制传播路径的放大系数来控制 结构噪声，主要是控制自车身的动态特性，使其固有频率尽可能的与激励源的 主要激励频率错开。”。针对该s r v ，本课题的研究思路如图3 所示。 图2 - 3s 则车内噪声研究流程图 2 3 课题研究的时间进度计划 本课题历时1 9 个月，从2 0 0 5 年1 0 月到2 0 0 7 年5 月。具体进度安排为： 2 0 0 5 1 0 一一2 0 0 6 0 1查阅相关材料，阅读相关文献 2 0 0 6 0 2 一一2 0 0 6 0 3车内噪声的摸底测试及数据分析 2 0 0 6 0 4 - - - - 2 0 0 6 0 7白车身模态试验及数据分析 2 0 0 6 0 8 - - - - 2 0 0 6 1 0车内噪声测试结果与白车身试验模态结果的关 联分析，提出整改意见 2 0 0 6 1 1 一一2 0 0 7 0 2整改后车内噪声的测试及整改前后的对比分析 2 0 0 7 0 3 一一2 0 0 7 0 6整理数据，组织论文，准备答辩 2 4 课题研究所安排的试验 本课题研究过程包含大量的试验测试，并在测试的基础上对大量的数据进 行关联分析，以期识别出车内噪声的主要来源并采取相应的控制措施。安排的 试验测试主要有： 车内嗓声振动的测试，共两轮：原始状态下的车内噪声测试，工程改进后的 车内噪声测试。每轮测试共分为定置和路试两大类工况。定置下共有六种测试 工况，分别为：发动机转速从怠速到最高转速4 5 0 0 r p m 做扫描，在怠速( 8 0 0 r p m ) 、 9 1 5 0 0 r p m 、2 5 0 0 r p m 、3 5 0 0 r p m 、4 5 0 0 r p m 稳定转速下测试车内噪声、排气噪声和 发动机舱噪声。路试有8 种测试工况，分别为：三档w o t 下从5 0 k m h 到l l o k m h 做车内噪声扫描测试、5 0k m h 、6 0k m h 、7 0k m h 、8 0k m h 、9 0k m h 、1 0 0k m h 、 1 1 0k m h 巡航速度下测试车内噪声。 白车身试验模态分析：共测试四台样车白车身，一台为竞争车型的白车身， 另三台为该s r v 试验样车白车身。 2 5 本章小结 本章首先描述了课题研究所要解决的问题，然后主要阐述了进行课题研究 的主要思路。解释了车内噪声的主要来源与传播方式，并着重论述了车内噪声 传播方式的判别方法。根据研究思路确定了课题研究中所需要安排的实验，确 定了课题的研究进度，明确了课题研究的时间节点。 第三章整改前s r v 样车车内噪声测试及分析 3 1 s r v 车内噪声测试综述 车内噪声测试是对汽车n v h 性能进行评价并改进的基础，通过分析测试结 果，可以对整车的n v h 性能有整体的把握，并且为下一步的工作提供指导。通 过相同或相似工况下整改前后车内噪声振动的测试，可以有效判别整改措施对 车内噪声的改善是否有效果。 本次测试分别在定置和路面工况下对车内噪声振动进行测试，定置下还对排 气管口的噪声和发动机舱噪声进行了测试。具体测试项目有：车辆定置发动机 运转车内噪声测试、匀速车内噪声试验。不同的测试项目对车内噪声的判断点 有所区别。 车辆定置发动机运转车内噪声测试是汽车n v h 研究中常用的一种测试方法， 定置下轮胎路面噪声和气流扰动对车内噪声的影响很小，此时车内噪声主要是 发动机运转影响的结果。通过在定置发动机不同转速下车内噪声的测试，可以 得到车体结构对发动机噪声和排气噪声到车内的隔离效果，以及车体结构在受 到发动机这一汽车主要激励源激励时对车内产生辐射噪声的水平。 匀速车内噪声振动测试是为了测试常用行驶工况下车内噪声的水平。通过对 匀速运行测试结果的分析，可以得出轮胎路面噪声和气流扰动对车内噪声的影 响。匀速车内噪声同样对车内噪声的主观评价有很大的影响。 总体来说，通过对车内噪声振动的测试，可以从总体上掌握该车型的n 、，h 特 性，将测试结果与发动机的激励特性进行关联分析，可以得到车内噪声主要是 结构传播占主导还是空气传播占主导、或者是两者均衡共同作用的结果”1 。 3 2 车内噪声的测试 3 2 1 总体概述及试验工况 本轮测试分别对编号为g 2 0 和g 2 4 的样车进行测试，试验设备为德国朗德公 司振动和噪声分析仪s q l a bi i ，配套分析软件a r t e m i s5 1 ，进口传声器若干。 试验场地为混凝土路面，定置测试时距跑道中心线两侧2 0 m 范围内应无大的声 反射物，测试在良好天气中进行，环境温度一5 3 5 。c ，风速不超过5 m s ，背景 噪声不大于4 0 d b ，测量中保证不被偶然的其他声源所干扰。路试的测试地点为 高速公路，测试时应尽可能避免车外噪声的干扰。 测试车辆要求发动机冷却风扇应正常工作，轮胎采用全新2 2 5 7 0 r 1 6 轮胎， 气压2 2 0 k p a ，且至少已行驶3 0 0 k m 。被测车辆为空车，测量时车内人数不多于3 人( 司机和测量人员) 。测量时所有门窗、通风进出口关闭，空调、刮水器等处 于关闭状态。可调座椅在水平方向调整到中间位置，靠背调为垂直位置。 s r v 车内噪声的测点为司机右耳，该测点共有1 5 个测试工况，分别是：定 置怠速、定置发动机1 5 0 0 r p m 、定置发动机2 5 0 0 r p m 、定置发动机3 5 0 0 r p m 、定 置发动机4 5 0 0 r p m 和路试3 档5 0 k m h 、6 0 k m h 、7 0 k m h 、8 0 k m h ，4 档9 0 k m h 、 l o o k m h ，5 档l l o k m h ；在定置状态下对发动机从怠速到4 5 0 0 r p m 进行车内噪 声扫描测试，路试工况下在三档w o t 下由车速5 0 k m h 到1 1 0 k m h 进行车内噪声 扫描测试。 为了判断车内噪声的主要传播方式，分析该s r v 在定置工况下其外部辐射 声源主要是发动机舱的辐射噪声和排气管口的排气噪声，因此试验设计了在定 置状态下测试发动机舱噪声和排气管口噪声，通过对车内司机右耳噪声信号与 发动机舱噪声和排气管口处的噪声信号做相干分析，定性地判断车内噪声的主 要传播方式。各测点布置位置如图： 图3 - 1司机右耳测点布置图图3 - 2 排气管口测点布置圈 图3 - 3 发动机舱测点布置图 3 2 2 各个工况测试结果 将各具体工况下司机右耳测试结果进行分析，分析结果的频率曲线依次为： 1 2 。 ：# 7 、! ! 7 fj 。 7 j 辆5 鲫n 嫡6 咖 o 噬敬。， 图3 - 4 定置怠速工况下司机右耳噪声a 计权图 墨 j j