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商用车驾驶室内中高频噪声的分析预测与控制

宋继强  
【摘要】: 车内噪声水平是评价汽车乘坐舒适性的重要指标之一。如果能够在产品开发初期对车内噪声成功预测与控制,将对产品的设计改进、缩短开发周期和降低开发成本具有重要意义。迄今为止,有限元方法(FEM)和边界元方法(BEM)在车内低频噪声分析预测与控制中的应用取得了巨大成功。然而,这些方法并不适用于像汽车这样复杂声振系统的中高频噪声的分析研究,其原因在于,复杂声振系统在中高频范围内具有高模态密度、高模态重叠度和短的波长等特点,致使利用FEM和BEM确定性求解非常困难,且伴有庞大计算量。在这种情况下,统计能量分析方法(SEA)便应运而生,因为这些限制FEM、BEM在中高频范围内应用的因素正是应用SEA方法的前提条件。 本文结合国家“863”计划《高品质重型商用车集成开发先进技术》项目(2006AA110104)子项“驾驶室噪声分析与控制”进行研究,论文基于统计能量分析原理建立了某商用车全装备驾驶室的统计能量分析(SEA)模型,在建模过程中,从子系统划分原则、模型输入参数的确定、模型激励的获取等方面做了深入研究。利用经试验验证的驾驶室SEA模型进行了能量传递路径分析和噪声控制方法的研究,并提出了一系列切实可行的降噪措施。结果表明,采取降噪措施后驾驶室内中高频噪声水平有显著降低,证明了统计能量分析方法用于车内中高频噪声分析预测与控制的可行性。本文主要完成了以下研究工作: 首先研究了统计能量分析原理,分析概括了统计能量分析方法中子系统的划分原则,并依据这些原则将复杂的驾驶室声振系统划分成116个结构子系统和8个声腔子系统,利用点、线、面将所建立的子系统进行连接,最终获得了全装备驾驶室的统计能量分析模型。 对模型中子系统的三大性能参数——模态密度、内损耗因子、耦合损耗因子的确定从数值计算、试验测量及理论分析方面做了深入研究,并提出了一种确定复杂结构子系统模态密度的虚拟试验方法,该方法可以用于产品早期设计阶段没有物理样件情况下对复杂结构子系统模态密度的确定。 依据GB/T18697-2002进行实车道路试验,获取各个运行工况下驾驶室所受到的来自路面不平度振动激励、发动机的振动激励、动力总成的声辐射激励,以及用于模型有效性验证的驾驶室内噪声水平。通过对驾驶室内噪声的频谱分析了解到,在100Hz~1000Hz的频率范围内声压级的幅值较高,是该驾驶室内噪声能量的主要集中频段。 将获得的各项性能参数和激励代入驾驶室SEA模型中进行车内噪声计算,利用不同工况下车内噪声的试验数据与计算结果进行比较,验证了所建立驾驶室SEA模型的有效性。 为提高驾驶室SEA模型对驾驶室内部噪声响应的预测精度,本文对驾驶室内部声腔子系统的划分方法进行了分析研究,最终确定了驾驶室声腔子系统的划分方案。 接着,利用经试验验证的驾驶室统计能量分析模型,以驾驶员头部声腔子系统为研究对象进行能量传递路径分析,得出了驾驶员头部声腔子系统的主要能量传递路径,即:在200Hz~6300Hz的频率范围内,能量通过地板传入驾驶员腿部声腔子系统和驾驶员后部声腔子系统,在进一步传至驾驶员头部声腔子系统。这对后续的驾驶室内噪声控制研究具有重要的指导意义。 采用本文所制定的驾驶室密闭隔声性能测量方法,对驾驶室密闭隔声性能进行了试验研究,找出了该驾驶室设计的薄弱环节,并根据声学中隔声罩设计的“等透声量”原则,对薄弱环节上的隔声结构进行了优化设计。 从统计能量分析模型的能量平衡方程出发,结合灵敏度分析原理,提出了一种用于汽车薄壁件中阻尼敷设位置的确定方法,应将阻尼材料敷设在系统中模态能量最大的子系统上,而不是系统中响应最大的子系统上。 通过对驾驶室进行减振降噪分析,确定了驾驶室的综合减振降噪实施方案,并利用经试验验证过的驾驶室SEA模型对减振降噪效果进行了分析预测。结果表明,采用综合减振降噪措施后驾驶室内部噪声总声压级降低了2.13dB(A),实现了预期目标。最后,将本文所建立的驾驶室内中高频噪声分析预测与控制方法应用于新型驾驶室的开发设计中,并给出了该驾驶室减振降噪控制方案。


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