摘要:為研究汽車高里程行駛下噪聲、振動與聲振粗糙度(noise,vibration,harshness,NVH)性能的衰減現(xiàn)象,以某運動型多用途汽車(sportutilityvehicle,SUV)為研究對象,分析怠速工況下車內(nèi)噪聲及振動,基于全國100000km道路適應(yīng)性試驗,研究0、30000、60000、100000km4個關(guān)鍵里程節(jié)點下駕駛員右耳處、右后乘客左耳處噪聲聲壓級的變化特性以及方向盤、座椅導(dǎo)軌處的振動加速度變化特性。研究結(jié)果表明:怠速工況下,該車方向盤與座椅導(dǎo)軌處振動加速度均隨行駛里程的增加而增大;車內(nèi)噪聲聲壓級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,顧客購車時僅考慮新車性能,對行駛一定里程后的性能關(guān)注度較低,因此大多數(shù)主機廠在設(shè)計汽車時,只將新車性能作為主要設(shè)計指標[1-2]。隨著汽車市場競爭加劇,高里程噪聲、振動與聲振粗糙度(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,隨之主機廠也將高里程NVH性能作為新車設(shè)計指標[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,振動主要是駕乘人員感受到來自方向盤和座椅的振動,聲振粗糙度主要指噪聲與振動的品質(zhì),是駕乘人員對振動和噪聲的主觀感受[5-8]。NVH性能主要體現(xiàn)在汽車對噪聲和振動的控制能力上,NVH性能下降通常會帶來方向盤和座椅振動、駕乘人員耳旁噪聲大、乘坐舒適性下降、汽車零部件的強度和壽命降低等問題[9]。隨著行駛里程的增加,汽車會出現(xiàn)不同程度的橡膠老化、運動零部件磨損、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NVH性能衰減特性極為重要。劉鴻偉等[12]通過50000km耐久性試驗和車內(nèi)噪聲測試研究某運動型多用途汽車(sportutilityvehicle,SUV)勻速工況下車內(nèi)噪聲變化特性。吳昌威等[13]對整車NVH性能衰減進行研究,通過平衡性能參數(shù)解決衰減的根源問題,并結(jié)合實例分析密封條對異響衰減的影響。劉鐵軍[14]研究了汽車勻速行駛工況下車內(nèi)聲壓級、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),對汽車橡膠元件的蠕變性能進行預(yù)測,根據(jù)試驗數(shù)據(jù)建立模型,研究高里程車輛的NVH性能,為主機廠主觀評價高里程NVH性能衰減提供參考。熊健強[17]基于統(tǒng)計分析對高里程汽車振動與噪聲的穩(wěn)健性評價,依托福特團隊的實驗數(shù)據(jù)進行實例分析,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)生機理和噪聲源的識別路徑。目前汽車高里程NVH性能衰減研究多針對汽車零部件展開,對于典型工況下整車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,通過全國道路適應(yīng)性試驗開展里程積累[19],根據(jù)我國用戶的用車習(xí)慣,研究[0,30000)、[30000,60000)、[60000,100000]km3個里程階段的NVH性能衰減[20],測試各里程節(jié)點下車內(nèi)怠速振動加速度和噪聲聲壓級,分析振動和噪聲的頻域變化特性。

1 車內(nèi)怠速振動和噪聲變化特性

試驗地點為我國某汽車試驗場。測試工況為怠速工況,測試狀態(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,噪聲傳感器布置點為駕駛員右耳處、右后乘客左耳處,信號采集與處理軟件采用LMSTest.Lab。采用車輛坐標系,即x軸平行于地面指向汽車前進方向,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 噪聲聲壓級變化特性

噪聲聲壓級越高,NVH性能越差[22]。怠速工況下,通過車內(nèi)噪聲聲壓級測試得到駕駛員右耳及右后乘客左耳處噪聲聲壓級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)噪聲聲壓級呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢;相同擋位下,空調(diào)開時的噪聲聲壓級較空調(diào)關(guān)時大。

由圖1a)可知:行駛里程為30000km時,駕駛員右耳處噪聲聲壓級較行駛里程為0時大,變化最大的是狀態(tài)1,較行駛里程為0時增大約4．0dB;行駛里程為60000km時,噪聲聲壓級仍增長,但增幅較0~30000km時小,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,噪聲聲壓級整體降低,降幅最大的是狀態(tài)3,下降約4.4dB,整體噪聲聲壓級仍高于行駛里程為0時。由圖1b)可知:行駛里程為[0,30000)km時,右后乘客左耳處在各狀態(tài)下噪聲聲壓級增幅均較大,平均增幅約4．0dB;行駛里程為[30000,60000)km時,狀態(tài)2與狀態(tài)3的噪聲聲壓級下降約0.6dB,但高于行駛里程為0時。行駛里程為100000km時,狀態(tài)2的聲壓級較60000km時上升約1.3dB,其他3個狀態(tài)的噪聲聲壓級均較60000km時有不同程度的下降。

1.2 振動加速度變化特性

振動加速度越大,NVH性能越差[23]。怠速工況下,通過振動測試得到方向盤與座椅導(dǎo)軌處振動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,方向盤測點處振動加速度增大;相同擋位下,空調(diào)開時的振動加速度明顯大于空調(diào)關(guān)狀態(tài);行駛至30000km時,P/N擋與R/D擋振動加速度較行駛里程為0時均有明顯增長,ACON狀態(tài)下振動加速度增加幅度更大;行駛至60000km時,4種狀態(tài)的振動加速度均大于30000km時;行駛里程為100000km時,狀態(tài)3的振動加速度較60000km時下降約0.02m/s2,狀態(tài)2的振動加速度增幅最大,4種狀態(tài)的振動加速度均大于行駛里程為0時。

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

2 里程節(jié)點振動和噪聲頻域變化特性

將怠速工況下車內(nèi)噪聲信號和振動信號進行傅里葉變換,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,以及方向盤和座椅振動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時駕駛員右耳處怠速噪聲聲壓級均高于行駛里程為0時;行駛里程為100000km時,聲壓級較60000km時有所下降,整體仍高于行駛里程為0時。

由圖4可知:頻率為0~500Hz時,右后乘客左耳處噪聲聲壓級隨行駛里程的增加先增大后降低;行駛里程為0~60000km時,噪聲聲壓級隨行駛里程的增大而增大;行駛里程為100000km時,噪聲聲壓級低于60000km時,但高于行駛里程為0時。座椅導(dǎo)軌z向振動加速度頻譜分析結(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)的振動加速度幅值均隨行駛里程的增加而增大。z向2階振動加速度幅值增大,是由于發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速為730r/min左右,對應(yīng)發(fā)動機2階振動頻率為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)動機引起的振動明顯增加。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2階振動加速度幅值均低于其他行駛里程時。綜上分析,該車行駛里程為100000km時車內(nèi)振動加速度與噪聲聲壓級較行駛里程為0時主要變化如下:1)怠速工況下車內(nèi)噪聲聲壓級隨行駛里程的增加先升高后降低,行駛里程為[0,60000)km時噪聲聲壓級隨行駛里程增加而增大,行駛里程為[60000,100000]km時噪聲聲壓級降低;相同擋位下,空調(diào)開較空調(diào)關(guān)時噪聲聲壓級大;相同空調(diào)開關(guān)狀態(tài)下,R/D擋較P/N擋的噪聲聲壓級大;2)怠速工況下,車內(nèi)振動加速度隨行駛里程的增加而增大,座椅導(dǎo)軌z向2階振動加速度幅值,方向盤x向、z向2階振動加速度幅值均隨行駛里程的增加而增大。

3 結(jié)語

通過對某SUV進行怠速工況下振動與噪聲測試,得到在0、30000、60000、100000km4個關(guān)鍵行駛里程時駕乘人員耳旁噪聲與方向盤和座椅導(dǎo)軌處的振動變化特性,分析其噪聲聲壓級與振動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在行駛里程為0~60000km時增大,并顯著高于行駛里程為0時,行駛里程為100000km時噪聲聲壓級較60000km時有所下降,但仍高于行駛里程為0時;行駛里程為0~100000km時,方向盤與座椅導(dǎo)軌處振動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,山東濟南250357;2.山東超鏈智能科技有限公司,山東濟南250101

來源：山東交通學(xué)院學(xué)報