基于板件聲學(xué)靈敏度的白車身結(jié)構(gòu)噪聲分析

羅方贊

摘要：本文首先介紹了板件聲學(xué)靈敏度的概念，然后分析了轎車車身噪聲控制中的聲學(xué)靈敏度數(shù)學(xué)模型得出貢獻(xiàn)系數(shù)數(shù)學(xué)模型，最后通過白車身結(jié)構(gòu)噪聲分析實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。在白車身對(duì)聲源響應(yīng)的測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，通過力錘激勵(lì)和體積聲源激勵(lì)兩種方式，記錄各點(diǎn)響應(yīng)，通過測(cè)量獲得聲學(xué)靈敏度、板件強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)傳遞函數(shù)、板件振動(dòng)輻射聲壓傳遞函數(shù)三個(gè)參數(shù)，通過分析計(jì)算，最終得出各測(cè)點(diǎn)的板件貢獻(xiàn)量。

Abstract： This paper introduced the conception of body panel acoustic sensitivity， then it analyzed acoustic sensitivity mathematical model in car body noise control and deduced contribution coefficient mathematical model， finally， verified it by structure noise analysis experiments of body-in-white. In measurement experiments that body-in-white response to sound source， through two methods， force hammer excitation and volume sound source excitation， record the points of the excitation responding， we got three parameters by measurements， they are acoustic sensitivity， transfer function of body panel forced oscillation response， and? transfer function of body panel oscillation radiate sound pressure， at last we obtained contribution of body panel of each measurement points by analytical calculation.

關(guān)鍵詞：白車身;板件聲學(xué)靈敏度;結(jié)構(gòu)噪聲;聲場(chǎng)傳遞向量

Key words： body-in-white;body panel acoustic sensitivity;structure noise;acoustics transfer vector

中圖分類號(hào)：U467.49? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2020）20-0043-02

0? 引言

板件聲學(xué)靈敏度又稱聲場(chǎng)傳遞向量（ATV），即：當(dāng)聲場(chǎng)是線性系統(tǒng)時(shí)，結(jié)構(gòu)表面振動(dòng)速度的線性輸入和聲場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)聲壓輸出的關(guān)系。板件聲學(xué)靈敏度測(cè)試是靈敏度測(cè)試的一個(gè)重要方面，是改善車內(nèi)聲學(xué)環(huán)境的常用方法。[1]轎車乘員艙主要由薄壁板件組成，因此研究薄板的振動(dòng)特性對(duì)結(jié)構(gòu)輻射噪聲有著十分重要的意義。薄板在激勵(lì)的作用下做穩(wěn)態(tài)振動(dòng)時(shí)，會(huì)在媒質(zhì)中產(chǎn)生擾動(dòng)場(chǎng)，其運(yùn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)其周圍媒質(zhì)運(yùn)動(dòng)，即帶動(dòng)均勻的、粘性不起主要作用的、無旋流動(dòng)的理想氣體做運(yùn)動(dòng)，將振動(dòng)能量傳遞出去。車身結(jié)構(gòu)輻射噪聲由所有板件振動(dòng)引起，車身板件不同區(qū)域?qū)τ诔藛T艙內(nèi)部任意位置聲壓的貢獻(xiàn)是不相同的。在研究時(shí)，一般忽略各單元的振動(dòng)相位不同給車內(nèi)聲場(chǎng)帶來的影響，近似的認(rèn)為振動(dòng)大的部位是車內(nèi)噪聲的主要聲源。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，依據(jù)這種經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修改，有時(shí)不能得到理想的結(jié)果。依據(jù)板件聲學(xué)貢獻(xiàn)分析，而進(jìn)行板件結(jié)構(gòu)修改當(dāng)前正被汽車生產(chǎn)企業(yè)廣泛采用。根據(jù)板件貢獻(xiàn)量的正負(fù)貢獻(xiàn)區(qū)域，對(duì)不同壁板進(jìn)行相應(yīng)的聲學(xué)處理，以改善車內(nèi)聲學(xué)環(huán)境，同時(shí)減少附加聲學(xué)處理的重量，滿足輕量化的要求。[2]

1? 理論原理

1.1 理論原理

板件聲學(xué)靈敏度測(cè)試是靈敏度測(cè)試的一個(gè)重要方面，是改善車內(nèi)聲學(xué)環(huán)境的一種常見方法。[3]

ATV表征線性聲場(chǎng)中，聲場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)聲壓級(jí)和表面振動(dòng)速度之間建立的線性輸入——輸出關(guān)系，并對(duì)各板件的聲音貢獻(xiàn)量進(jìn)行量化計(jì)算。而在試驗(yàn)測(cè)試中，建立聲壓——激勵(lì)力傳遞函數(shù)的ATV更方便。結(jié)合試驗(yàn)測(cè)試情況，根據(jù)板件在外力激勵(lì)下，在車內(nèi)形成噪聲的過程，可以將公式聲學(xué)靈敏度H（？棕）=■分解為：

其中：H（？棕）：聲學(xué)靈敏度，結(jié)構(gòu)表面振動(dòng)速度的線性輸入和聲場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)聲壓輸出的關(guān)系，在本研究中指由發(fā)動(dòng)機(jī)右懸置安裝點(diǎn)力錘激勵(lì)下，乘員艙內(nèi)駕駛員右耳位置的聲壓響應(yīng)確定的聲壓傳涵。

HVF：板件強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)傳遞函數(shù)，結(jié)構(gòu)表面振動(dòng)速度的線性輸入和車身板件輸出的關(guān)系，本研究中指由發(fā)動(dòng)機(jī)右懸置安裝點(diǎn)力錘激勵(lì)下，乘員艙內(nèi)各板塊測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)確定的振動(dòng)傳涵。

HPV：板件振動(dòng)輻射聲壓傳遞函數(shù)，車身板件輸入和聲場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)聲壓輸出的關(guān)系，根據(jù)互異性的原理，本研究中指由乘員艙內(nèi)駕駛員右耳位置的聲源激勵(lì)下，乘員艙內(nèi)各板塊測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)確定的聲振傳涵。

1.2 貢獻(xiàn)系數(shù)Ri

定義貢獻(xiàn)系數(shù)Ri為單元i的聲學(xué)靈敏度Hi，s（？棕）在總聲學(xué)靈敏度HP（？棕）上的投影，表示振動(dòng)板件對(duì)總的聲壓貢獻(xiàn)程度，則可得：■

其中Hi，s（？棕）表示Hi，s（？棕）的模，HP（？棕）表示HP（？棕）的模，cos表示Hi，s（？棕）和HP（？棕）夾角的余弦值。

貢獻(xiàn)系數(shù)Ri的物理意義：當(dāng)Ri為正，則板件測(cè)試單元的聲學(xué)靈敏度（聲壓）與總聲學(xué)靈敏度（總聲壓）同相，該測(cè)試單元為正貢獻(xiàn)區(qū)，隨著激勵(lì)增大，面板振動(dòng)幅值增大，總聲壓隨之升高，是結(jié)構(gòu)修改和阻尼降噪的關(guān)注區(qū)域;當(dāng)Ri為負(fù)，則板件測(cè)試單元的聲學(xué)靈敏度（聲壓）與總聲學(xué)靈敏度（總聲壓）反相，該測(cè)試單元為負(fù)貢獻(xiàn)區(qū)，它的振動(dòng)有衰減總聲壓的作用，對(duì)此區(qū)域要積極利用其特性來降噪，同時(shí)避免在其他結(jié)構(gòu)修改后，使其轉(zhuǎn)變?yōu)檎舾袇^(qū)域;貢獻(xiàn)度Ri較小的區(qū)域?yàn)榈拓暙I(xiàn)區(qū)，此處對(duì)總聲壓的作用并不敏感，在結(jié)構(gòu)修正中不是重點(diǎn)考察區(qū)域，作為觀察區(qū)域。

2? 實(shí)車測(cè)量

本次試驗(yàn)樣車為某車型白車身，包含前風(fēng)擋玻璃，不含四門兩蓋（左右側(cè)的車門、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、后備箱蓋），車內(nèi)的聲腔與車外是自由聯(lián)通的，可看作是自由聲場(chǎng)。

試驗(yàn)時(shí)將樣品用橡皮繩懸掛在搭建好的測(cè)量支架上，樣品呈自由狀態(tài)，盡量消除影響樣品振動(dòng)特性的因素。將低頻體積聲源放置于駕駛員位置，聲源中心與該處人耳（靠內(nèi)側(cè)）平齊。

試驗(yàn)需要通過測(cè)量獲得聲學(xué)靈敏度H（？棕）、板件強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)傳遞函數(shù)HVF板件振動(dòng)輻射聲壓傳遞函數(shù)HPV三個(gè)參數(shù)，分兩輪測(cè)試獲得。

第一輪測(cè)試，先對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)右懸置安裝點(diǎn)進(jìn)行力錘激勵(lì)，記錄各響應(yīng)點(diǎn)的頻響函數(shù)，獲得聲學(xué)靈敏度H（？棕）和板件強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)傳遞函數(shù)HVF。其中H（？棕）為發(fā)動(dòng)機(jī)右懸置安裝點(diǎn)力錘激勵(lì)下，乘員艙內(nèi)駕駛員右耳位置的聲壓傳遞函數(shù)，HVF為發(fā)動(dòng)機(jī)右懸置安裝點(diǎn)力錘激勵(lì)下，車身壁板響應(yīng)點(diǎn)振動(dòng)傳遞函數(shù)。第二輪測(cè)試，利用體積聲源進(jìn)行激勵(lì)，記錄各響應(yīng)點(diǎn)的響應(yīng)函數(shù)，從而獲得板件振動(dòng)輻射聲壓傳遞函數(shù)HPV，即中低頻體積聲源激勵(lì)下，車身壁板響應(yīng)點(diǎn)振動(dòng)傳遞函數(shù)。

依據(jù)公式H（？棕）=HPVHVF，對(duì)測(cè)試獲得數(shù)據(jù)H（？棕），HVF，HPV進(jìn)行分析計(jì)算，最終得出各測(cè)點(diǎn)的板件貢獻(xiàn)量。

3? 數(shù)據(jù)分析及結(jié)果

3.1 聲學(xué)靈敏度H（？棕）

板塊聲學(xué)靈敏度曲線見圖1。

由圖1可知，測(cè)試頻段范圍內(nèi)存在多個(gè)共振頻率，本研究針對(duì)116Hz共振頻率進(jìn)行分析。

3.2 分析頻率116Hz的貢獻(xiàn)量合成

116Hz測(cè)點(diǎn)貢獻(xiàn)量計(jì)算結(jié)果見表1、表2。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析進(jìn)行綜合分析，得出如下結(jié)論：對(duì)116Hz的板塊貢獻(xiàn)量合成可知：對(duì)聲學(xué)靈敏度影響較大的正貢獻(xiàn)點(diǎn)主要集中在前地板板塊，因而前地板板塊為正貢獻(xiàn)區(qū);負(fù)貢獻(xiàn)點(diǎn)主要集中在頂蓋板塊，該區(qū)域?yàn)闉樨?fù)貢獻(xiàn)區(qū);防火墻板塊對(duì)該頻率的貢獻(xiàn)量合成很微小，為觀察區(qū)域。

4? 結(jié)論

該項(xiàng)目的實(shí)施，建立了基于板件聲學(xué)靈敏度的白車身試驗(yàn)與分析能力，擴(kuò)展了現(xiàn)有振動(dòng)噪聲試驗(yàn)分析功能。該項(xiàng)目的應(yīng)用，掌握了板件聲學(xué)靈敏度分析技術(shù)，并將其應(yīng)用到實(shí)際開發(fā)試驗(yàn)工作中去，有助于車內(nèi)噪聲的控制與研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳卓群.汽車車內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲分析與控制方法研究[D].保定：華北電力大學(xué)，2014.

[2]陳明.試驗(yàn)?zāi)B(tài)的車身結(jié)構(gòu)[J].汽車工程師，2010（1）：43-45.

[3]陳永新，譚繼錦，陳劍，汪文江.轎車白車身模態(tài)試驗(yàn)研究[J].汽車技術(shù)，2007，11：45-48.