基于傳遞路徑試驗(yàn)與仿真分析的車內(nèi)噪聲優(yōu)化

李雪平 王昆 廖毅

【摘 要】車內(nèi)噪聲的控制水平直接反映了整車NVH性能，在整車開發(fā)的不同階段，針對車內(nèi)噪聲有不同的分析診斷方法。對已處在樣車階段的車內(nèi)噪聲問題，文章提出了一種基于傳遞路徑試驗(yàn)與仿真分析的優(yōu)化方法：針對某微型車車內(nèi)加速轟鳴聲大的問題，運(yùn)用該方法成功確定了主要問題為傳動系激勵，通過傳動軸安裝點(diǎn)傳遞到車身而產(chǎn)生，最后通過仿真優(yōu)化與試驗(yàn)相結(jié)合的方式成功解決了問題。

【關(guān)鍵詞】整車NVH；傳遞路徑試驗(yàn)與仿真分析；車內(nèi)噪聲優(yōu)化

【中圖分類號】U467.493 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）04-0063-05

0 引言

在整車的開發(fā)過程中，不同的開發(fā)階段需要運(yùn)用不同的技術(shù)開發(fā)流程，這樣不僅可以有效地縮短開發(fā)周期、節(jié)約開發(fā)成本，而且可以更加準(zhǔn)確地處理開發(fā)過程中遇到的問題。車內(nèi)噪聲的有效控制直接反映出整車的NVH性能。車內(nèi)噪聲過大會直接影響到駕駛員與乘客的乘坐感受。車內(nèi)的噪聲控制一直是國內(nèi)外許多學(xué)者研究的對象，其中，楊磊等人[1]研究了通過建立客車仿真模型計算結(jié)構(gòu)噪聲傳遞函數(shù)（NTF）及實(shí)車測試ODS獲得板件振動相結(jié)合的方式，并根據(jù)FRF理論，從而判斷主要貢獻(xiàn)板件，進(jìn)而解決車內(nèi)噪聲。陳書明等人[2]通過建立車內(nèi)噪聲FE-D+SEA混合模型，可以在整車開發(fā)過程中成功預(yù)測車內(nèi)噪聲。郭榮等人[3]介紹了傳遞路徑分析的基本原理及在試驗(yàn)中傳遞函數(shù)和激勵力的測試方法，詳細(xì)闡述了基于TPA試驗(yàn)分析方法的應(yīng)用。王彬星等人[4]以TPA方法為基礎(chǔ)，提出了車內(nèi)噪聲傳遞率的方法，運(yùn)用該方法可以有效地分析車內(nèi)噪聲的聲源貢獻(xiàn)率。

在整車開發(fā)過程中，具備樣車的開發(fā)階段，本文提出了一種基于傳遞路徑試驗(yàn)與仿真分析的車內(nèi)噪聲優(yōu)化方法，并對某微車型成功應(yīng)用：針對某微型車在路試階段出現(xiàn)的中高速車內(nèi)轟鳴聲大的問題，首先采用了基于傳遞路徑試驗(yàn)與仿真分析的方法，通過傳遞路徑試驗(yàn)分析排除路面激勵的影響，確定激勵源為動力總成，進(jìn)而對各傳遞路徑仿真分析，確定傳動系統(tǒng)為主要傳遞路徑。其次對傳動軸中間支撐進(jìn)行實(shí)測，并與仿真結(jié)果進(jìn)行綜合對比，得到傳動軸中間支撐橫梁振動與轟鳴聲頻譜基本一致，從而確定問題點(diǎn)。最后綜合運(yùn)用仿真優(yōu)化與實(shí)車驗(yàn)證，通過優(yōu)化傳動軸橫梁，提升傳動軸中間支撐安裝點(diǎn)的噪聲傳遞函數(shù)，來降低加速轟鳴聲。經(jīng)實(shí)車試驗(yàn)確認(rèn)，改進(jìn)后的傳動軸安裝點(diǎn)噪聲傳函達(dá)到目標(biāo)設(shè)定要求，加速噪聲主觀評價無轟鳴。

1 基于傳遞路徑試驗(yàn)與仿真分析的車內(nèi)噪聲優(yōu)化流程

本文提出了一種基于傳遞路徑試驗(yàn)與仿真分析的車內(nèi)噪聲優(yōu)化方法，通過該方法成功地解決了某微型車的車內(nèi)加速噪聲問題。其中，基于傳遞路徑試驗(yàn)與仿真分析的車內(nèi)噪聲優(yōu)化流程圖如圖1所示。

確定激勵源：通過實(shí)車測試確定激勵源，主要采用多工況的測試方法，例如通過對比光滑路面與粗糙路面的車內(nèi)噪聲測試結(jié)果，排除路面激勵，或通過對滑行測試排除發(fā)動機(jī)激勵的影響等。

激勵源傳遞至車內(nèi)噪聲路徑：車內(nèi)噪聲主要由路面激勵、發(fā)動機(jī)激勵與風(fēng)的激勵引起，激勵源一旦確認(rèn)，則只需對傳遞路徑進(jìn)行分析。

確定主要傳遞路徑：對主要傳遞路徑進(jìn)行仿真分析，結(jié)構(gòu)噪聲傳遞具有一定的傳遞路徑。針對不同激勵源，傳遞路徑具有各自的特點(diǎn)，通過對傳遞路徑關(guān)鍵點(diǎn)的NTF進(jìn)行仿真結(jié)果對比分析，可以初步確定主要的傳遞路徑。

確認(rèn)問題點(diǎn)：對主要傳遞路徑中的關(guān)鍵點(diǎn)處進(jìn)行振動加速度實(shí)車測試，同時實(shí)車測試車內(nèi)噪聲，對測試結(jié)果進(jìn)行對比分析，從而確定問題點(diǎn)。

優(yōu)化與驗(yàn)證：通過仿真的方式提出優(yōu)化方案，通過實(shí)車驗(yàn)證優(yōu)化方案的效果，最終解決車內(nèi)噪聲問題。

2 傳遞路徑分析方法原理

在整車的設(shè)計開發(fā)過程中，傳遞路徑分析方法得到了越來越多的應(yīng)用。傳遞路徑模型一般由激勵源、傳遞路徑和響應(yīng)3個部分組成，其模型如圖2所示。

傳遞路徑分析方法主要包括傳統(tǒng)的TPA方法、工況傳遞路徑分析（OTPA）、新型傳遞路徑分析（OPAX）、統(tǒng)計頻率的傳遞路徑分析。

各種分析方法各有優(yōu)、缺點(diǎn)，但傳遞路徑分析方法都是基于一個假設(shè)：來自不同傳遞路徑的所有部分貢獻(xiàn)量構(gòu)成了總的響應(yīng)，即

Pk=∑iPik（1）

公式（1）中：Pk是測試點(diǎn)k處的總聲壓（響應(yīng)），Pik是傳遞路徑i對測試點(diǎn)k處總聲壓的部分貢獻(xiàn)。

Pik=Hik×Sik（2）

公式（2）中：Hik是傳遞路徑i傳遞至測試點(diǎn)k處的傳遞函數(shù)，Sik為i傳遞路徑的實(shí)際的激勵。

由上述分析可知，為了有效地控制響應(yīng)，可以通過優(yōu)化激勵源與傳遞路徑2種途徑。在整車的實(shí)際開發(fā)過程中，已具備樣車階段時，激勵源難以更改，主要通過對主要傳遞路徑進(jìn)行優(yōu)化的方法，使車內(nèi)NVH性能得到滿足。

3 車內(nèi)噪聲的主要結(jié)構(gòu)傳遞路徑

針對車內(nèi)噪聲的問題，主要包含3種激勵源：發(fā)動機(jī)激勵、路面激勵及風(fēng)激勵。針對結(jié)構(gòu)傳遞噪聲，其傳遞到車內(nèi)的噪聲主要傳遞路徑如圖3所示。

在已經(jīng)具備樣車階段，通過實(shí)車測試可以運(yùn)用排除法確定激勵源，仿真模型已經(jīng)建立完成，可以通過仿真技術(shù)，對主要傳遞路徑進(jìn)行初步排查，從而確定主要傳遞路徑，為進(jìn)一步確認(rèn)問題點(diǎn)提供依據(jù)。

4 算例

4.1 問題背景

某微型車在樣車階段，出現(xiàn)加速到2 500 rmp附近車內(nèi)轟鳴聲明顯的問題，極大地影響了加速聲品質(zhì)，主觀感受較差，需要進(jìn)行問題分析并優(yōu)化解決。

4.2 激勵源確認(rèn)

對樣車車內(nèi)噪聲進(jìn)行實(shí)車測試，光滑路面下全油門加速車內(nèi)噪聲測試結(jié)果如圖4（a）所示。

由加速噪聲曲線知，在2 500 rmp附近車內(nèi)后排聲壓超過70 dB，主觀轟鳴聲明顯，不滿足設(shè)計要求。確認(rèn)問題轉(zhuǎn)速為2 450～2 650 rpm。

對2 500 rmp問題進(jìn)行頻譜分析，其頻譜圖如圖4（b）所示。

由2 500 rpm頻譜可知，轟鳴聲的問題分別為發(fā)動機(jī)二階80 Hz、四階160 Hz及輪胎空腔模態(tài)260 Hz。由于輪胎空腔模態(tài)無法改變，故此問題忽略。

4.3 問題激勵源的排查

由于加速到2 500 rmp時，車速較慢，可以初步排除為風(fēng)噪的影響。從而得出激勵源主要是發(fā)動機(jī)激勵或者是路面激勵。通過對比加速與減速的測試結(jié)果可知，減速工況在2 500 rmp附近的噪聲沒有峰值，從而可以確定此轟鳴聲峰值與路面激勵關(guān)系不大，從而確定激勵源為動力總成。

4.4 主要傳遞路徑排查

動力總成激勵主要的傳遞路徑有以下幾種：通過懸置系統(tǒng)可以將激勵傳遞至車身，從而引起車內(nèi)噪聲；通過排氣系統(tǒng)將激勵傳遞至車身，從而引起車內(nèi)噪聲；通過傳動系統(tǒng)將激勵傳遞至車身，從而引起車內(nèi)噪聲。

對于傳遞路徑的排查，如果采用實(shí)車測試的方法，會耗費(fèi)大量的人力、物力和時間。由于目前已經(jīng)是樣車階段，仿真模型已經(jīng)建立完成，而且該模型和樣車已經(jīng)進(jìn)行過性能結(jié)果對比，從而仿真模型可以用于對主要傳遞路徑的排查。對主要傳遞路徑的底盤硬點(diǎn)傳遞至車內(nèi)噪聲的NTF進(jìn)行仿真分析，如圖5所示。

通過仿真分析可知，懸置安裝點(diǎn)、后橋擺臂安裝點(diǎn)及排氣吊鉤安裝點(diǎn)NTF基本可達(dá)到60 dB，可以可以排除懸置、后橋及排氣系統(tǒng)這幾條主要傳遞路徑，而傳動軸的中間支撐點(diǎn)傳遞至車內(nèi)噪聲的NTF不滿足設(shè)計要求，從而可以初步判定主要的傳遞路徑為傳動軸。

4.5 問題點(diǎn)確認(rèn)

為了更進(jìn)一步地確定傳遞軸中間支撐安裝點(diǎn)為問題點(diǎn)，需要對實(shí)車進(jìn)行測試。試驗(yàn)測試設(shè)備主要包括測試前端、加速度傳感器、麥克風(fēng)傳感器及測試電腦。此次測試前端采用的是LMS的數(shù)據(jù)采集前端，測試軟件采用的是LMS Test. Lab。試驗(yàn)為整車狀足，被測車輛為空車，車內(nèi)僅有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備、試驗(yàn)儀器及必要人員。試驗(yàn)時，被測車輛的所有門窗、通風(fēng)進(jìn)出口均關(guān)閉，車內(nèi)刮水器、通風(fēng)扇及空調(diào)等裝置都不應(yīng)開動。環(huán)境氣溫為10～30 ℃，實(shí)時風(fēng)速低于3 m/s。測試路面為光滑路面，工況為5擋全油門加速，測試傳動軸中間支撐安裝點(diǎn)的振動加速度。由測試結(jié)果[圖6（a）]可知，傳動軸中間支撐安裝點(diǎn)的被動端振動頻率與車內(nèi)噪聲頻率（160 Hz）吻合，從而可以初步判斷主要的問題點(diǎn)為傳動系統(tǒng)的傳動軸中間支撐。中間支撐被動側(cè)振動過大可能是因?yàn)榫植縿觿偠炔蛔闼?，其動剛度如圖6（b）所示。由圖6（b）可知，在問題頻率下，傳動軸中間支撐處動剛度不足[5]，需要對中間支撐進(jìn)行局部的動剛度優(yōu)化。

4.6 仿真優(yōu)化

通過仿真優(yōu)化，對中間支撐的局部動剛度進(jìn)行分析，其原狀態(tài)與新方案如圖7所示。

其中，原方案中間支撐的板厚為2 mm，優(yōu)化方案中，中間支撐橫梁下底板板厚為3 mm，且進(jìn)行翻邊處理，從而達(dá)到對其動剛度提升的目的。在整車模型中進(jìn)行仿真分析，其結(jié)果對比如圖8所示，動剛度和NTF提升效果明顯。

4.7 實(shí)車方案驗(yàn)證

按照仿真結(jié)果提出的優(yōu)化方案，對傳動軸中間支撐橫梁進(jìn)行改制，并對中間支撐處振動加速度和車內(nèi)噪聲進(jìn)行實(shí)車測試，將測試結(jié)果與原狀態(tài)進(jìn)行對比，對比結(jié)果分別如圖9所示。

由測試結(jié)果可知，優(yōu)化方案有效：相比于原狀態(tài)，傳動軸中間支撐橫梁Z向總體振動明顯降低，且在對應(yīng)頻率處改善明顯，后排噪聲在2 500 rmp附近下降至2～4 dB（A）。

5 結(jié)論

（1）本文提出了一種基于傳遞路徑試驗(yàn)與仿真分析的加速噪聲優(yōu)化方法，并且通過該方法成功解決了某微型車車內(nèi)加速噪聲問題，說明了該方法的可行性和優(yōu)越性。

（2）通過對某微型車車內(nèi)加速噪聲的解決，詳細(xì)闡述了基于傳遞路徑試驗(yàn)與仿真分析方法的流程，對后續(xù)工程問題的解決有一定的借鑒意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]楊磊，鄧松，楊雙.NTF、ODS、PFP確定車內(nèi)噪聲貢獻(xiàn)面板方法[J].噪聲與振動，2016，36（2）：108-111.

[2]陳書明，王登峰，曹曉琳，等.車內(nèi)噪聲FE-SEA混合建模及分析方法[J].振動工程學(xué)報，2010，23（2）：140-

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[3]郭榮，萬鋼，趙艷，等.車內(nèi)噪聲傳遞路徑分析方法探討[J].振動、測試與診斷，2007，27（3）：199-203.

[4]王彬星，鄭四發(fā)，李傳兵，等.車內(nèi)噪聲傳遞率建模及計算[J].振動、測試與診斷，2014，34（4）：693-698.

[5]廖毅，呂兆平.基于懸置支架動剛度分析的整車NVH性能分析及改進(jìn)[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2012，10（5）：

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