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尾门对声腔模态的影响及控制

发布时间:2021-05-12 18:18:28点击量:228

尾门对空腔模态的影响及控制

摘要

SUV发动机怠速转速875rpm时,车内前排位置存在低频轰鸣噪声严重影响前排驾乘人员的舒适性通过车内及排气尾管噪声测试分析,尾门和顶棚板面模态测试分析,空腔模态测试分析等手段对轰鸣噪声产生的原因进行研究,确定该轰鸣声是有排气激励起车内前排区域的空腔模态造成的,通过对尾门进行巧妙设计,将整个尾门作为一个动力吸振器,将车身尾门结构与车内空腔声学模态耦合,改变车内前排区域的局部声腔模态,降低了车内低频轰鸣噪声。

低频轰鸣

汽车轰鸣是车内噪声中最常见的低频噪声,低频轰鸣噪声主观感受上,会给驾乘者带来焦虑不安的不舒适感,甚至头晕恶心。低频轰鸣通常在(20-200Hz产生,根据激励方式不同可分为:发动机怠速轰鸣、传动系统轰鸣、排气系统轰鸣、不规则路面引起的冲击轰鸣,影响低频轰鸣的车身模态主要有:整车弯曲模态、车身地板局部模态、车身侧围钣金局部模态、顶棚局部模态、尾门模态以及声腔模态。

车内轰鸣产生的机理

组成车内空间的车身薄壁结构不是刚性的,是由钢板冲压焊接而成的,具有自身结构的模态频率和模态振型,而车腔内部,空气作为介质在密闭的空腔内,同样具有自身的声腔模态频率和声腔模态振型。某一频率的声波在车内传播时,声压不是由近及远自然衰减,而是入射波和入射波与车内壁薄板反射波产生干涉,声波干涉造成车内不同位置声压的加强或减弱。外界激励频率与车内空腔模态频率在(20-200Hz范围内产生共振时,车内空腔共振位置处会产生很强的声压脉冲,从而引起驾乘人员不舒适感,这种现象就是车内轰鸣。

汽车乘坐室密闭的空腔激励源、车内空腔声学模态产生共振,通常是车内产生轰鸣的主要因素。找到轰鸣声的激励源以及声腔模态共振的频率通过优化激励源的频率或者优化车内空腔模态是解决车内轰鸣的有效手段

问题车基本信息

某改款SUV发动机为直列四缸汽油机怠速转速为875rpm为讨好消费者对车身长度的追求,在未改变内部布局的情况下,设计时单独加长了车身尺寸,怠速时排气激起车内前排区域局部空腔模态,造成前排空间低频轰鸣现象明显,后排无明显低频轰鸣现象。

车内低频轰鸣优化方案

由于受某些原因的限制,工程师在制定解决方案时,放弃了通过优化激励源的频率降低车内低频轰鸣,别开思路的通过对尾门进行巧妙设计,将其整体实现一个动力吸振器作用,进而改变车内空腔模态,优化车内前排区域低频轰鸣噪声。 

 

尾门优化后测试数据

对尾门进行特定优化后尾门X1阶整体模态频为32.2878Hz

尾门对声腔模态的影响及控制(图1)

尾门优化后车内空腔模态测试数据

尾门优化后车腔内部1阶横向声腔模态频率为44Hz,节点在车身中部区域(图3),前排区域在32Hz时依然存在局部模态,但主副驾内耳位置的声压(图4)较低。

尾门对声腔模态的影响及控制(图2)

尾门对声腔模态的影响及控制(图3)

尾门对车内空腔模态的影响及控制

优化尾门设计后,车内前排空腔测点位置的频响函数,在36Hz附近产生一个谷值(图5),从而降低问题车型在(23-40Hz范围内的传函(其在该频率段的传函仍然要远高于竞品车型),当然产生谷值的频率设计在(23-36Hz范围内,可以进一步降低问题车在(23-40Hz范围内的传函,但可能会牺牲加速时的噪声性能,国内很多车受到(1000-1200rpm起步轰鸣的困扰,这样会更难受,因此谷值频率设置在36Hz附近是折中的一个选择。

尾门对声腔模态的影响及控制(图4)

尾门在声源激励下的加速度响应曲线显示在36Hz产生波峰,前排声音响应曲线在36Hz产生波谷,整个尾门充当一个动力吸振器的作用,其实现原理是通过对尾门进行巧妙设计,使尾门模态和车内声腔模态耦合,实现空腔内入射波和入射波与车尾门反射波相位相差180°,从而在36Hz附近前排空腔测点频响函数产生一个谷值,进而降低前排空腔区域在(23-40Hz范围内的传函,改善前排空腔区域的低频轰鸣噪声。

尾门对声腔模态的影响及控制(图5)

结论

汽车尾门设计时可充当一个动力吸振器的作用,影响和改变车内空腔模态,为解决车内低频轰鸣问题,有提供了一个新异的解决方案,当然该方案实际应用过程,需要考虑频响函数的相位问题,其对工程师的能力要求会比较高。

 


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