莫愁,許輝勇

(1.欣旺達電子股份有限公司，廣東深圳 518108；2.深圳普瑞賽思檢測技術(shù)有限公司，廣東深圳 518108)

?

基于逆子結(jié)構(gòu)傳遞路徑分析方法的汽車車內(nèi)噪聲整改

莫愁1,許輝勇2

(1.欣旺達電子股份有限公司，廣東深圳 518108；2.深圳普瑞賽思檢測技術(shù)有限公司，廣東深圳 518108)

逆子結(jié)構(gòu)傳遞路徑分析方法可以重復利用部分數(shù)據(jù)，此特點在需要重復進行振動噪聲傳遞路徑查找的場合可以有效減少工作量?；诖朔椒▽σ豢钴噧?nèi)噪聲超過標桿車的開發(fā)樣車進行了兩次振動噪聲傳遞路徑分析，然后對動力總成懸置進行了相應的整改，使車內(nèi)噪聲達到標桿車水平。

振動噪聲；傳遞路徑分析；逆子結(jié)構(gòu)

0　引言

汽車在研發(fā)過程中經(jīng)常需要進行振動噪聲整改，整改的前提是找到影響目標點振動噪聲的因素。目前振動噪聲源查找主要方法有頻譜分析[1]、聲強分析[2]和聲學成像[3]等幾種。頻譜分析過程中可能出現(xiàn)幾個源點峰值頻率相近以致難以確定主要振動噪聲源的情況。聲強測試時需要將探頭貼近振動表面獲取信號，操作不方便且工作量大。聲學成像需要昂貴的設備且只能進行定性分析。

傳遞路徑分析(Transfer Path Analysis，TPA)方法發(fā)展于近10年，是聲源或振動源識別的有效工具，能夠方便地識別系統(tǒng)內(nèi)目標點的振動或噪聲來源路徑及各路徑貢獻量大小。各種TPA方法在不同的場合得到了應用，比如發(fā)動機正時鏈條噪聲整改[4]、發(fā)動機懸置系統(tǒng)優(yōu)化[5]等。文獻[6]提出了一種逆子結(jié)構(gòu)傳遞路徑分析方法，作者用這種方法對一款車內(nèi)噪聲超過標桿車的研發(fā)樣車進行噪聲整改。

1　逆子結(jié)構(gòu)傳遞路徑分析方法概述

文獻[6]給出的逆子結(jié)構(gòu)傳遞路徑分析方法分析傳遞路徑貢獻量流程如圖1所示。

使用逆子結(jié)構(gòu)技術(shù)計算懸置動剛度是該方法有別于其他TPA的主要特點，現(xiàn)結(jié)合文中要研究的案例對計算方法做解釋。

動力總成、車內(nèi)響應部件以及兩者之間的振動傳遞路徑可以描述為圖2所示的二級結(jié)構(gòu)模型，整個模型作為一個系統(tǒng)，稱為一級結(jié)構(gòu)。動力總成懸置之后的車身到車內(nèi)響應點由于是剛性連接,可以簡化成一個整體，文中視作子結(jié)構(gòu)A。動力總成是主要激勵源，文中視作子結(jié)構(gòu)B。

圖2中，作用于子結(jié)構(gòu)B上的動態(tài)激勵和在車內(nèi)目標部件(子結(jié)構(gòu)A)上的動態(tài)響應分別用i(b)和o(a)表示；子結(jié)構(gòu)之間的懸置耦合點以c表示；整個系統(tǒng)上由激勵點到響應點的頻響函數(shù)(Frequency Response Functions, FRFs)用Hs表示，稱作系統(tǒng)水平的FRFs;在非耦合狀態(tài)下，各子結(jié)構(gòu)上由激勵點到響應點的FRFs用HA或HB表示;耦合體動剛度用Ks表示。文中假定動力總成由m個懸置支撐(即有m個耦合點)，每個頻率下每個懸置均有X(汽車縱向)、Y(汽車橫向)、Z(垂直方向)3個方向共3m動剛度值需要確定，而車內(nèi)有n個響應點(每個點3個方向)需確定傳遞路徑貢獻量(Transfer Path Contributions, TPCs)。為計算動剛度Ks，先在系統(tǒng)水平上測量m個激勵點到n個響應點的FRFs，得到一個3n×3m矩陣，然后，對應地測量部件水平FRFs:HA,o(a)c(a)、HB,c(b)i(b)、HA,c(a)c(a)、HB,c(b)c(b),分別得到3n×3m矩陣、3m×3m矩陣、3m×3m矩陣、3m×3m矩陣，基于所得FRFs，懸置動剛度Ks可由以下矩陣方程計算

(1)

由于m和n往往不相等，式中使用了偽逆矩陣，以上標“+”表示。得到了動剛度，依據(jù)式(2)即可計算載荷

(2)

式中： Kp(ω)為動剛度； abp(ω)為懸置主動側(cè)(動力總成側(cè))振動信號； aap(ω)為懸置被動側(cè)(車身側(cè))振動信號。再基于載荷，依據(jù)式(3)即可計算TPCs

(3)

式中： Y(ω)為振動或噪聲總量；ω為圓頻率； Hp(ω)為傳遞路徑激勵點到目標點的振動或噪聲FRFs； fp(ω)為載荷；n為激勵傳遞路徑數(shù)量；p為傳遞路徑序數(shù)。

2　基于逆子結(jié)構(gòu)傳遞路徑分析方法的振動源查找

2.1樣車概況

一款研發(fā)用轎車怠速時駕駛員耳旁噪聲達67.8 dB(A),比標桿車大近2 dB(A),其噪聲頻譜圖見圖3曲線1，需要整改。該樣車動力總成前置前后左右各設置一個橡膠懸置，前輪驅(qū)動。

2.2數(shù)據(jù)采集

由于NVH故障工況為怠速，影響車內(nèi)噪聲的因素排除了路面激勵、輪胎激勵和空氣噪聲，并且根據(jù)經(jīng)驗，動力總成懸置匹配不合理是影響車內(nèi)噪聲的主要因素，故文中的整改首先從整改懸置著手。

采集工況數(shù)據(jù)時，在動力總成每個懸置的主、被動端各安裝1個，共安裝8個3D振動傳感器測取信號作為傳遞路徑輸入信號。取駕駛員耳旁作為響應點，安裝1個麥克風測取噪聲信號。這樣，整車“動力系統(tǒng)-車內(nèi)噪聲”振動模型就形成4×3=12個輸入、1個輸出的振動噪聲系統(tǒng)。使動力總成怠速，采集振動信號，同時采集發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號。

測取系統(tǒng)水平FRFs時，由于動力總成安裝在機艙內(nèi)，空間狹窄，不好使用力錘施力，采用互逆法測量。選取曲軸左右兩旁機體外壁前端、后端共4個點作為部件B的激勵點，在每個點粘貼1個振動傳感器。選擇駕駛員座椅導軌作為響應點，在此處用力錘從X、Y和Z3個方向施力，測取所有傳感器信號，由此求得一個3×12規(guī)模的系統(tǒng)水平FRFs矩陣Hs,o(a)i(b)。

測取子結(jié)構(gòu)水平的FRFs時，將動力總成用尼龍繩懸吊，讓其自由擺動。選取曲軸前端、后端左右兩旁機體外壁共4個點作為子結(jié)構(gòu)B的激勵輸入點，在每個點上粘貼1個振動傳感器；保留工況數(shù)據(jù)采集時4個懸置的螺栓安裝位置(動力總成側(cè))上的振動傳感器。分別在機體外壁4個點和懸置位置4個點用力錘施力，測取所有傳感器信號，由此求得兩個12×12規(guī)模的子結(jié)構(gòu)B的FRFs矩陣HB,c(b)i(b)和HB,c(b)c(b)。

相應地，保留工況數(shù)據(jù)采集時在4個懸置的螺栓安裝位置(車身側(cè))上振動傳感器作為子結(jié)構(gòu)A激勵點，以駕駛員座椅導軌作為子結(jié)構(gòu)A響應點，布置1個振動傳感器。在激勵測點上用力錘施力，測取所有傳感器信號，由此求得一個3×12規(guī)模的子結(jié)構(gòu)A水平FRFs矩陣HA,o(a)c(a)和一個12×12規(guī)模的子結(jié)構(gòu)A水平FRFs矩陣HA,c(a)c(a)。

為測取計算噪聲貢獻量所用頻響函數(shù)，在整車狀態(tài)下，在駕駛員耳旁布置體積聲源，播放聲壓，測取動力總成懸置車身側(cè)4個振動傳感器的動信號，由此得到一個1×12規(guī)模的噪聲頻響函數(shù)矩陣。

2.3TPCs結(jié)果及分析

基于第2.2節(jié)工況數(shù)據(jù)和FRFs，依次使用式(1)、式(2)和式(3)可以計算懸置動剛度、載荷和TCPs，所得TCPs結(jié)果見圖4?？梢姡簞恿偝汕昂笞笥?個懸置Z向振動路徑對駕駛員耳旁噪聲貢獻最大，其余8條傳遞路徑則明顯比這4條小。圖5顯示出了400 Hz以下頻段4個懸置各傳遞路徑振動加速度均方根值，能直觀地看到：各個懸置都是Z向值比其他方向大。所以，懸置優(yōu)化方向應該是改善這4條路徑的振動傳遞特性。

3　車內(nèi)噪聲整改

3.1優(yōu)化方案確定

振動與懸置系統(tǒng)、車身結(jié)構(gòu)動力特性有關(guān)，改變這兩個子結(jié)構(gòu)的特性即可達到控制車內(nèi)振動的目的。改變車身子結(jié)構(gòu)實際操作起來較為困難，而改變懸置系統(tǒng)特性則相對簡單。懸置系統(tǒng)的參數(shù)中，安裝位置和安裝角度改變涉及動力總成艙結(jié)構(gòu)變更。較小的懸置剛度可以降低振動傳遞率，進而降低響應點振動[7]，由第2.3節(jié)的分析可知懸置Z向振動對駕駛員噪聲貢獻最大，并且，懸置生產(chǎn)商一般會生產(chǎn)多個動剛度系列的懸置，故文中通過更換不同動剛度的懸置來降低車內(nèi)噪聲。

3.2優(yōu)化過程與優(yōu)化效果

更換上述4個Z向動剛度均降低10%的懸置，測試駕駛員耳旁噪聲，聲壓級為66.7 dB(A),其頻譜圖見圖3中曲線2。聲壓級未達到標桿車水平，有再次優(yōu)化懸置的必要。

由于逆子結(jié)構(gòu)傳遞路徑分析方法有可以重復利用部分數(shù)據(jù)的優(yōu)點，第2次優(yōu)化再次使用此方法查找影響車內(nèi)噪聲的路徑及其貢獻量大小。由于第1次整改僅改動了懸置，再次進行TPA分析時僅需要測取整車水平的FRFs和目標工況下懸置主、被動端的振動。再次計算TCPs的結(jié)果見圖6，可見：即使經(jīng)過1次整改，4個懸置的Z向振動對駕駛員耳旁噪聲貢獻還是最大。

第1輪整改更換懸置后動力總成振動位移等指標沒有超出設計限制，第2輪整改更換上述4個Z向動剛度均比原懸置降低20%的懸置。測量駕駛員耳旁噪聲，聲壓級為66.1 dB(A),其頻譜圖見圖3曲線3。此次整改后車內(nèi)噪聲達到了標桿車水平。

4　結(jié)論

使用逆子結(jié)構(gòu)傳遞路徑分析方法對一款駕駛員耳旁噪聲比標桿車差的研發(fā)樣車進行振動路徑查找和貢獻量分析，認為動力系統(tǒng)懸置Z向路徑是影響目標點噪聲的主要原因。更換了不同動剛度的動力總成懸置，驗證了整改效果，車內(nèi)噪聲達到了標桿車水平，達到了整改目標。

由于逆子結(jié)構(gòu)傳遞路徑分析方法有可以重復利用部分數(shù)據(jù)的優(yōu)點，文中案例再次分析傳遞路徑貢獻量時只需要重新測量部分參數(shù)，有效地減少了工作量。由此案例可見：使用逆子結(jié)構(gòu)傳遞路徑分析方法進行NVH整改方便有效。

【1】吳九匯.噪聲分析與控制[M].西安:西安交通大學出版社,2011.

【2】李志遠,陳慧,陳品,等.大型設備的聲功率級聲強測試方法[J].振動、測試與診斷,2013,33(2):311-314,344.

LI Zhiyuan,CHEN Hui,CHEN Pin,et al.Methods of Sound Intensity Measurement of Radiated Sound Power Level of Large-scale Equipment[J].Journal of Vibration Measurement,& Diagnosis,2013,33(2):311-314,344.

【3】王娟,馮青,吳仁彪,等.一種用于聲學成像的穩(wěn)健寬帶恒定束寬波束形成方法[J].西安電子科技大學學報(自然科學版),2007,34(1):154-158.

WANG Juan,FENG Qing,WU Renbiao,et al.A Robust Wideband Constant Beamwidth Beamforming Method for a Coustic Imaging[J].Journal of Xidian University(Natural Science),2007,34(1):154-158.

【4】李靜波,王宏偉,王暉,等.基于傳遞路徑分析的正時鏈條階次噪聲優(yōu)化[J].內(nèi)燃機,2013,8(4):47-50.

LI Jingbo,WANG Hongwei,WANG Hui,et al.Optimization of Timing Chain Order Noise Based on Transfer Path Analysis[J].Internal Combustion Engines,2013,8(4):47-50.

【5】龍巖,史文庫,梁天也,等.基于改進傳遞路徑分析法的動力總成懸置系統(tǒng)優(yōu)化及評價[J].汽車工程,2009,31(10):957-962.

LONG Yan,SHI Wenku,LIANG Tianye,et al.Optimization and Evaluation of Powertrain Mounting System Based on Improved Transfer Path Analysis Technique[J].Automotive Engineering,2009,31(10):957-962.

【6】莫愁,蘭鳳崇,陳吉清.逆子結(jié)構(gòu)傳遞路徑分析方法[J].吉林大學學報(工學版),2015,45(6):175-1756.

MO Chou,LAN Fengchong,CHEN Jiqing.Inverse Sub-structuring Transfer Path Analysis Method[J].Journal of Jilin University(Engineering and Technology Edition),2015,45(6):1751-1766.

【7】何海,周鋐,徐海卿,等.基于車身3自由度剛體模態(tài)計算的輕型載貨汽車駕駛室懸置系統(tǒng)優(yōu)化[J].汽車技術(shù),2013(1):15-19.

HE Hai,ZHOU Hong,XU Haiqing,et al.Optimization of Light Truck Cab Mounting System Based on the Body Three Degrees of Freedom Rigid Body Modal Calculation[J].Automotive Technology,2013(1):15-19.

Rectifying the Interior Noise of a Car Based on Inverse Sub-structuringTransfer Path Analysis Method

MO Chou1, XU Huiyong2

(1.Sunwoda Electronic Co., Ltd., Shenzhen Guangdong 518108,China;2.Shenzhen Precise Testing Technology Co., Ltd., Shenzhen Guangdong 518108,China)

Partial data can be repeatedly used in inverse sub-structuring transfer path analysis. The character of the method produces an effective reduction of work load on the occasion that the vibration or noise transfer paths need to be analyzed repeatedly. The noise transfer paths were analyzed 2 times for a prototype car whose interior noise was higher than a benchmarking car, then the powertrain mounts were rectified corresponding each analysis. This work make the interior poise level of the prototype car meet that of the benchmarking car.

NVH；Transfer path analysis; Inverse sub-structuring

2016-06-12

廣東省科技廳項目(2014B010125003)

莫愁(1978—)，男，博士，工程師，主要研究方向為電動汽車關(guān)鍵技術(shù)。E-mail：ymcmc@126.com。

U461.4

B

1674-1986(2016)07-011-04