針對某SUV車型內(nèi)飾車身噪聲傳遞函數(shù)的診斷優(yōu)化分析

韋寶侶　覃秋毅

【摘 要】汽車車內(nèi)噪聲品質是衡量汽車乘坐舒適性的重要指標，而噪聲傳遞函數(shù)又是評價車內(nèi)噪聲的主要指標之一。噪聲傳遞函數(shù)的控制是汽車前期開發(fā)提升NVH性能的重要手段。為了提升某SUV車型的NVH性能，采用HympreMesh作為前處理軟件建立帶內(nèi)飾的車身有限元模型及聲腔模型，用OptiStruct求解器進行求解，分析噪聲傳遞函數(shù)，并診斷出車身結構高風險區(qū)域再對其進行優(yōu)化。

【關鍵詞】車內(nèi)噪聲;傳遞函數(shù);診斷優(yōu)化

【中圖分類號】U467.493 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）06-0059-03

0 引言

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車已成為大眾日常代步的重要工具，代表汽車舒適性的NVH性能已成為汽車消費者重點關注的指標。汽車內(nèi)的噪聲和振動過大，會影響駕駛員和乘員的駕乘舒適性。如今，汽車開發(fā)工具不斷完善且實用性逐步增強，在進行NVH性能分析時，噪聲傳遞函數(shù)（Noise Trsnsfer Function，NTF）是衡量NVH性能的重要指標之一，其表示施加于汽車車身的輸入激勵載荷與車內(nèi)噪聲參考點輸出噪聲之間的對應函數(shù)關系[1]。在汽車設計階段進行NTF分析，能夠快速且有效地找到車身上噪聲輸入的來源，及時發(fā)現(xiàn)車身設計存在的問題。

本文以某SUV車型作為研究對象，建立帶內(nèi)飾車身有限元模型和聲腔模型結合的聲固耦合模型，分析駕駛員右耳的噪聲傳遞函數(shù)，再采用ODS變形和節(jié)點貢獻量分析方法進行診斷優(yōu)化，降低駕駛員右耳聲壓級響應，達到提升NVH性能的目的。

1 噪聲傳遞函數(shù)分析

1.1 有限元模型的建立

以某車企SUV車型作為本文的分析原型，利用HyperMesh軟件進行有限元網(wǎng)格建模。車身鈑金選用Shell單元建立;網(wǎng)格尺寸為10 mm×10 mm;鈑金屬性為彈性模量，即2.1×105 MPa，密度為7.83×103 kg/m3，泊松比為0.3;鈑金間的連接采用Acm、RB2單元模擬剛性連接，CBUSH單元模擬襯套及膠條連接;RB3和集中質量模擬車身內(nèi)外飾配重;采用四面流體單元建立聲腔模型，屬性為1.293 kg/m3的密度、340 m/s的聲速。

1.2 有限元模型構成

該有限元模型分成帶內(nèi)飾車身模型（Trimmed Body，TB）和聲腔模型兩個部分，結合成聲固耦合模型進行NTF分析。圖1和圖2分別表示TB模型和聲腔模型的構成。

1.3 NTF分析工況

自由狀態(tài)下，在車身的關鍵連接位置分別施加X、Y、Z 3個方向的動態(tài)單位激勵力，以駕駛員右耳附近作為響應位置，關鍵激勵點和響應點位置見表1。運用單位激勵頻率響應計算法計算NTF，分析頻域為1～200 Hz，得到駕駛員右耳附近的聲壓級響應。其中，車內(nèi)噪聲參考點根據(jù)國標《汽車內(nèi)噪聲測量方法》（GB/T 18697—2002）中的規(guī)定選取。由聲壓級計算公式即可轉換為駕駛員耳旁噪聲聲壓級響應SPL：

SPL=20lg（p/pm）

上式中：p為乘客耳旁聲壓值，pm為參考聲壓值2.0×10-5 Pa。

1.4 噪聲傳遞函數(shù)結果分析

采用后處理軟件HyperWorks導出NTF曲線進行結果分析，根據(jù)該款SUV車型的設計要求，駕駛員右耳聲壓級響應不應超出65 dB，識別出后懸減震器右安裝點Y向激勵NTF問題較大，如圖3所示，橫坐標表示重點關注頻率1～200 Hz，縱坐標表示聲壓級響應，根據(jù)結果曲線可以得出：在1～200 Hz激勵頻率范圍內(nèi)，超出聲壓級響應的峰值從左到右依次為68 dB、67 dB、71.5 dB，所對應激勵頻率依次為115 Hz、141 Hz、159 Hz。該聲壓級響應值已對駕駛員的駕乘舒適性產(chǎn)生了負面影響，所以應對后懸減震器右安裝點及與之相關的車身結構進行優(yōu)化和改進。

2 NTF問題區(qū)域診斷

2.1 ODS工作變形分析診斷

工作變形分析（Operational Deflection Shape，ODS）定義為結構在某特定頻率下的工作變形[2]。根據(jù)上一章節(jié)NTF分析找到的激勵頻率，即115 Hz、141 Hz、159 Hz，在這3個激勵頻率下，后懸減震器右安裝點Y向對駕駛員右耳存在不達設計目標的聲壓級響應值，所以在TB模型的NTF工況下加載這3個激勵頻率計算ODS，模擬得到車身上的工作變形云圖。

根據(jù)工作變形模擬結果：在頻率為115 Hz時，頂蓋第三、第四根橫梁之間存在Z向位移陣型，為噪聲的貢獻源之一（如圖4a所示），在頻率為141 Hz與159 Hz時，右輪罩整體存在X、Y向位移陣型，為噪聲的貢獻源之一（如圖5a所示）。

2.2 節(jié)點貢獻量分析診斷

節(jié)點貢獻量分析（Grid Participation Analysis，GPA）是把聲腔內(nèi)部的聲壓級響應分解成為流體和固體耦合界面上的節(jié)點貢獻量云圖[3]，這樣就可以通過觀察云圖，在流固耦合的表面快速找出車身對NTF影響較大的區(qū)域，提供直觀且全面的優(yōu)化方向。

根據(jù)節(jié)點貢獻量云圖結果顯示：在頻率為115 Hz時，頂蓋第三、第四根橫梁右側對NTF的貢獻較大（如圖4b所示）;在頻率為141 Hz與159 Hz時，右輪罩大部分和右后側車門后半部分對NTF的貢獻較大（如圖5b所示）。

2.3 診斷結果小結

通過采用ODS分析和節(jié)點貢獻量分析對TB及聲腔有限元耦合模型的NTF診斷，找到了后懸減震器右安裝點Y向激勵對駕駛員右耳聲壓級響應影響較大的區(qū)域（見表2），為降低駕駛員右耳聲壓級響應，應對這部分區(qū)域進行結構優(yōu)化。

3 問題區(qū)域優(yōu)化

3.1 結構優(yōu)化

在考慮到優(yōu)化成本和生產(chǎn)實際的情況下，針對115 Hz頻率下的問題區(qū)域，對頂蓋第三、第四根橫梁之間進行結構優(yōu)化：對稱增加兩根小縱梁搭接第三、第四根橫梁，降低頂蓋的傳函響應貢獻（如圖6框內(nèi)所示）。

針對141 Hz和159 Hz頻率下的問題區(qū)域，對右輪罩前半部分的筋條進行優(yōu)化：把筋條順延下來，增加筋條的長度;延長輪罩加強板至地板撐腳，與地板撐腳形成搭接，降低右輪罩的傳函響應貢獻（如圖7右側框內(nèi)所示）。

3.2 優(yōu)化結果

通過對優(yōu)化后的有限元模型進行NTF分析，提取曲線與優(yōu)化前的NTF曲線進行對比，后懸減震器右安裝點Y向激勵到駕駛員右耳中3個不達設計目標的聲壓級響應峰值全部降低，達到了較好的優(yōu)化效果。在115 Hz頻率下的響應峰值從68 dB下降至67 dB;在141 Hz頻率下的響應峰值從67 dB下降至62 dB;在159 Hz頻率下的響應峰值從71.5 dB下降至67 dB。雖然未完全優(yōu)化至目標線以下，但平均下降3.5 dB，目前狀態(tài)可以接受，NTF曲線如圖8所示。

4 結論

（1）通過建立某SUV車型的帶內(nèi)飾車身有限元模型和聲腔模型的耦合模型，分析其噪聲傳遞函數(shù)，根據(jù)結果發(fā)現(xiàn)了車身關鍵激勵點后懸減震器右安裝點對駕駛員右耳的聲壓級響應超出了設計目標要求的問題。

（2）根據(jù)問題頻率，通過ODS工作變形分析和節(jié)點貢獻量分析，找到車身頂蓋橫梁之間及右輪罩結構對該車NVH性能和車內(nèi)乘員的駕駛舒適性存在較大影響，這部分影響已通過優(yōu)化車身結構予以消除。

（3）在仿真分析應用中，通過優(yōu)化噪聲傳遞函數(shù)有效地提升了汽車的NVH性能，可以對后續(xù)的實際試驗和生產(chǎn)提供指導方向。

參 考 文 獻

[1]李書陽，常光寶，梁靜強，等.某SUV車型內(nèi)飾車身噪聲傳遞函數(shù)優(yōu)化分析[J].汽車零部件，2016（7）：15-18.

[2]段龍楊.某運動型多功能車車內(nèi)轟鳴噪聲分析與控制方法研究[D].長春：吉林大學，2010.

[3]馬峰.基于NVH Director的車身節(jié)點貢獻量分析[A].澳汰爾工程軟件（上海）有限公司.2015Altair技術大會論文集[C].2015：381-384.

【作者簡介】韋寶侶，男，廣西柳州人，碩士，任職于上汽通用五菱汽車股份有限公司，高級工程師，從事設計質量管理、底盤技術、底盤電控開發(fā)等工作;覃秋毅（通訊作者），男，廣西柳州人，本科，任職于湖南湖大艾盛汽車技術開發(fā)有限公司，研究方向：白車身、TB車身NVH分析。