李毅 謝運(yùn)和 何嘉洋

摘要：為降低某乘用車(chē)加速行駛車(chē)外噪聲，通過(guò)加速行駛車(chē)外噪聲試驗(yàn)采集目標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，分析目標(biāo)點(diǎn)噪聲曲線(xiàn)及車(chē)輛位移曲線(xiàn)，得出目標(biāo)點(diǎn)最大噪聲時(shí)的車(chē)輛位置；建立車(chē)輛加速行駛車(chē)外噪聲主要聲源部件到車(chē)外目標(biāo)點(diǎn)傳遞路徑模型，通過(guò)頻譜分析噪聲頻率；利用傳遞路徑分析判斷主要噪聲源，并對(duì)主要噪聲源發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明：最大噪聲時(shí)車(chē)輛位于超過(guò)測(cè)試場(chǎng)地中心線(xiàn)4.6 m處，最大噪聲源為發(fā)動(dòng)機(jī)，噪聲頻率為140～180 Hz；將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為4 500 r/min時(shí)轉(zhuǎn)矩上升初始值減小后，車(chē)外噪聲降低了2.6 dB，滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)限值要求。傳遞路徑分析方法可為加速行駛車(chē)外噪聲源識(shí)別和改進(jìn)提供參考。

關(guān)鍵詞：加速行駛車(chē)外噪聲；傳遞路徑分析；噪聲源識(shí)別；頻譜分析

中圖分類(lèi)號(hào)：U467.493文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1673-6397（2024）02-0048-05

引用格式：李毅，謝運(yùn)和，何嘉洋.基于傳遞路徑的加速行駛車(chē)外噪聲源識(shí)別與改進(jìn)［J］.內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力裝置，2024，41（2）：48-52.

LI Yi，XIE Yunhe，HE Jiayang.Identification of sources of noise emitted by accelerating vehicle based on transfer path and its improvement［J］.Internal Combustion Engine & Powerplant， 2024，41（2）：48-52.

0 引言

隨著歐盟委員會(huì)ECE R51.03汽車(chē)加速行駛車(chē)外噪聲標(biāo)準(zhǔn)3階段即將執(zhí)行^[1]及我國(guó)《汽車(chē)加速行駛車(chē)外噪聲限值及測(cè)量方法（中國(guó)第三、四階段）》征求意見(jiàn)稿^[2]發(fā)布，汽車(chē)加速行駛車(chē)外噪聲標(biāo)準(zhǔn)要求日趨嚴(yán)格。統(tǒng)計(jì)顯示，若文獻(xiàn)[2]實(shí)施，預(yù)計(jì)輕型汽車(chē)的淘汰率為15%左右，快速有效地對(duì)車(chē)外噪聲進(jìn)行識(shí)別和控制成為各汽車(chē)廠(chǎng)家產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中亟需解決的問(wèn)題^[3-4]。

傳統(tǒng)噪聲分析和控制方法主要包括對(duì)車(chē)內(nèi)的發(fā)聲源進(jìn)行包裹和屏蔽法、近場(chǎng)噪聲分析法、分別運(yùn)行法等^[5-7]。楊兆偉^[8]通過(guò)分析某商用車(chē)在實(shí)際行駛過(guò)程中的噪聲生成機(jī)理，得到商用車(chē)在加速行駛過(guò)程中噪聲的主要貢獻(xiàn)量，對(duì)噪聲試驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，提高了試驗(yàn)效率，增強(qiáng)了試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。但車(chē)輛加速過(guò)程中車(chē)內(nèi)發(fā)聲的部件較多，主要包括動(dòng)力總成輻射噪聲、進(jìn)氣噪聲、排氣尾管輻射噪聲等^[9-10]，對(duì)所有噪聲源逐一排查分析驗(yàn)證效率低且盲目。基于聲學(xué)傳遞函數(shù)的傳遞路徑分析（transfer path analysis，TPA）方法是一種新的車(chē)輛加速行駛時(shí)對(duì)車(chē)外噪聲源分析的方法，該方法基于車(chē)輛聲源部件的聲學(xué)載荷和車(chē)輛聲源部件到目標(biāo)點(diǎn)的傳遞函數(shù)，有效識(shí)別主要噪聲源，并針對(duì)主要噪聲源采取對(duì)應(yīng)的改進(jìn)措施^[11]。

本文中以某多用途車(chē)（multi-purpose vehicles，MPV）為研究對(duì)象，依據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行加速行駛車(chē)外噪聲測(cè)試，分析加速行駛過(guò)程中車(chē)外噪聲源并進(jìn)行優(yōu)化，為加速行駛車(chē)外噪聲源識(shí)別和改進(jìn)提供參考。

1 加速行駛車(chē)外噪聲測(cè)試

該MPV車(chē)型為M1類(lèi)型車(chē)輛，采用手動(dòng)變速器，前進(jìn)擋位數(shù)為5，發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為6 000 r/min，按照文獻(xiàn)[12]中規(guī)定的測(cè)試方法及限值，采用第2擋、第3擋測(cè)量車(chē)輛加速行駛車(chē)外噪聲，第2擋進(jìn)線(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為4 500 r/min，第3擋進(jìn)線(xiàn)車(chē)速為50 km/h；噪聲限值（以A計(jì)權(quán)，下同）為74 dB。測(cè)試場(chǎng)地如圖1所示，圖中l(wèi)_s為加速連接段，l_a為最小標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)行駛車(chē)道延伸長(zhǎng)度，目標(biāo)點(diǎn)傳聲器布置在PP′線(xiàn)上離地面高（1.20±0.02）m，距行駛中心線(xiàn)CC′（7.50±0.05）m處，其參考軸線(xiàn)必須水平并垂直指向中心線(xiàn)CC′，以測(cè)量中心O為基點(diǎn)，半徑為50 m的范圍內(nèi)沒(méi)有大的反射物^[12]。

測(cè)試過(guò)程中車(chē)輛中心沿行駛中心線(xiàn)CC′由AA′線(xiàn)向BB′線(xiàn)行駛，測(cè)量區(qū)域?yàn)槠?chē)前端到達(dá)AA′線(xiàn)時(shí)迅速將加速踏板踩到底，使節(jié)氣門(mén)全開(kāi)并保持不變，直到汽車(chē)尾端通過(guò)BB′線(xiàn)時(shí)盡快松開(kāi)油門(mén)踏板，測(cè)量汽車(chē)加速駛過(guò)測(cè)量區(qū)的最大聲壓級(jí)，每次測(cè)得的結(jié)果減去1 dB作為測(cè)量結(jié)果，測(cè)試結(jié)果為：該車(chē)加速行駛車(chē)外噪聲為76.2 dB，大于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的限值74 dB；第2擋和3擋的測(cè)試中間結(jié)果分別為82.0 dB和70.4 dB，其中第2擋左側(cè)噪聲最大，嚴(yán)重超標(biāo)，選取第2擋左側(cè)噪聲進(jìn)行分析改進(jìn)。

2 噪聲源識(shí)別與分析

2.1 最大聲級(jí)車(chē)輛位置

測(cè)試獲得的第2擋加速行駛車(chē)外噪聲左側(cè)目標(biāo)點(diǎn)噪聲曲線(xiàn)和車(chē)輛位移曲線(xiàn)如圖2所示。由圖2可知：最大聲壓級(jí)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為第1.25 秒，對(duì)應(yīng)車(chē)輛位置為沿CC′線(xiàn)行駛超過(guò)PP′線(xiàn)4.6 m處。

2.2 傳遞路徑分析原理

TPA是基于源-路徑-響應(yīng)的分析模型，將目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)分解為各個(gè)載荷源對(duì)應(yīng)傳遞路徑的貢獻(xiàn)量，定量說(shuō)明噪聲或振動(dòng)主要來(lái)源。經(jīng)典TPA的理論公式^[13-16]為：

Pω=∑_iH_iω×A_iω+∑_jH_jω×B_jω，（1）

式中：P（ω）表示頻率為ω時(shí)振動(dòng)或噪聲的總響應(yīng)；∑_iH_iω× A_i（ω）為通過(guò)結(jié)構(gòu)傳遞到目標(biāo)點(diǎn)的響應(yīng)，其中i為車(chē)輛底盤(pán)懸架系統(tǒng)的安裝位置，∑_iH_i（ω）是結(jié)構(gòu)路徑傳遞函數(shù)，A_i（ω）是結(jié)構(gòu)傳遞路徑處安裝點(diǎn)的結(jié)構(gòu)載荷；∑_jH_j（ω）×B_j（ω）表示通過(guò)空氣傳遞到目標(biāo)點(diǎn)的響應(yīng)，其中∑_jH_j（ω）為空氣路徑傳遞函數(shù)，B_j（ω）為空氣傳遞路徑聲源點(diǎn)處的聲學(xué)載荷。

汽車(chē)加速行駛車(chē)外噪聲由汽車(chē)內(nèi)各聲源系統(tǒng)通過(guò)空氣向外輻射產(chǎn)生，在測(cè)試加速行駛車(chē)外噪聲時(shí)，由于目標(biāo)點(diǎn)在車(chē)外的固定位置，測(cè)試車(chē)輛加速行駛通過(guò)目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，聲源點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)之間無(wú)結(jié)構(gòu)傳遞路徑，只有空氣傳遞路徑。車(chē)輛加速行駛過(guò)程中空氣傳播聲源有發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、輪胎、進(jìn)氣、排氣系統(tǒng)、排氣消聲器、后橋等；根據(jù)車(chē)輛聲源的傳遞情況，建立23條聲學(xué)傳遞路徑的加速行駛車(chē)外噪聲傳遞路徑分析模型如圖3所示。

2.3 空氣傳遞函數(shù)測(cè)試

使用中低頻無(wú)指向體積聲源Q-MED進(jìn)行空氣傳遞函數(shù)測(cè)試，聲源依次布置在左前輪、進(jìn)氣口、發(fā)動(dòng)機(jī)等車(chē)內(nèi)聲源位置，如圖4所示，采用寬頻白噪聲進(jìn)行激勵(lì)^[17]，在聲源可承受和功放不過(guò)載情況下應(yīng)盡可能提高聲源發(fā)聲能量，使用傳聲器記錄聲源處噪聲信號(hào)和車(chē)外目標(biāo)點(diǎn)接收的噪聲信號(hào)，通過(guò)計(jì)算得到聲源近場(chǎng)位置到車(chē)外目標(biāo)點(diǎn)的空氣路徑傳遞函數(shù)。

當(dāng)聲源激勵(lì)點(diǎn)受到空間布置的限制無(wú)法采取直接激勵(lì)法時(shí)，可采用互易法進(jìn)行空氣傳遞函數(shù)測(cè)試^[18]，在目標(biāo)點(diǎn)布置體積聲源激勵(lì)，在噪聲源點(diǎn)布置傳聲器測(cè)量響應(yīng)。

2.4 車(chē)輛加速行駛車(chē)外噪聲源分析

加速行駛車(chē)外噪聲測(cè)試完成后，截取最大噪聲位置的時(shí)域數(shù)據(jù)，經(jīng)傅里葉變換后，進(jìn)行頻譜分析，結(jié)果如圖5所示。由圖5可知：頻率為140～180 Hz時(shí)，噪聲峰值最高，能量最大。

將測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理導(dǎo)入TESTLAB軟件中的TPA模塊建立傳遞路徑模型，利用逆矩陣法求解得到各聲源點(diǎn)對(duì)車(chē)外目標(biāo)點(diǎn)的聲學(xué)載荷，聲學(xué)載荷乘以傳遞函數(shù)得出各路徑的權(quán)重，各路徑權(quán)重矢量相加即得到仿真的車(chē)外噪聲曲線(xiàn)，分析得到左側(cè)目標(biāo)點(diǎn)在140～180 Hz頻率段各聲源的權(quán)重排序如表1所示。

由表1可知：頻率為140～180 Hz時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)右側(cè)聲源點(diǎn)的權(quán)重最大，分析為動(dòng)力總成系統(tǒng)為主要噪聲源，改善方案為針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)本體參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

3 改進(jìn)與測(cè)試

根據(jù)以上分析，發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為6 000 r/min，進(jìn)行全油門(mén)測(cè)試時(shí)，車(chē)輛在第2擋測(cè)試工況時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為4 500 r/min，此時(shí)的噪聲能量較大，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限值，制定優(yōu)化方案為：

進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定時(shí)，適當(dāng)減小車(chē)輛在第2擋運(yùn)行時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大于4 500 r/min后的初始轉(zhuǎn)矩，由額定轉(zhuǎn)矩的30%減小為額定轉(zhuǎn)矩的10%，優(yōu)化前、后第2擋加速行駛左側(cè)車(chē)外噪聲曲線(xiàn)如圖6所示。

由圖6可知：加速行駛車(chē)外噪聲為73.6 dB，比改進(jìn)前降低2.6 dB，滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)中小于74 dB的要求。優(yōu)化后車(chē)輛在第2擋運(yùn)行時(shí)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大于4 500 r/min時(shí)，車(chē)輛加速度由1.13 m/s²降低為1.05 m/s²，對(duì)車(chē)輛動(dòng)力性影響較小。

4 結(jié)論

以某MPV車(chē)型加速行駛車(chē)外噪聲測(cè)試為例，結(jié)合專(zhuān)用聲學(xué)設(shè)備和測(cè)試模塊，應(yīng)用傳遞路徑分析方法，研究了某MPV加速行駛車(chē)外噪聲并進(jìn)行優(yōu)化。

1）分別建立了發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、輪胎、進(jìn)氣、排氣等 23 條聲學(xué)傳遞路徑到車(chē)外目標(biāo)點(diǎn)的傳遞路徑分析模型，計(jì)算車(chē)內(nèi)各聲源目標(biāo)點(diǎn)的貢獻(xiàn)量排序；針對(duì)貢獻(xiàn)量大的聲源進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后，加速行駛車(chē)外噪聲由76.2 dB降低為73.6 dB，滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

2）傳遞路徑分析方法可以高效地進(jìn)行車(chē)內(nèi)復(fù)雜聲源系統(tǒng)對(duì)車(chē)外目標(biāo)點(diǎn)的貢獻(xiàn)量分析，為加速行駛車(chē)外噪聲優(yōu)化提供參考，可以有針對(duì)性地提出優(yōu)化方案，縮短研究分析周期，具有實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。

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Identification of sources of noise emitted by accelerating vehicle

based on transfer path and its improvement

LI Yi，XIE Yunhe^*， HE Jiayang

Dongfeng Liuzhou Motor Co.， Ltd.， Liuzhou 54500，China

Abstract：To reduce the pass-by noise of a passenger car， the data of the target point is collected according to the process of the external noise test， and the noise curve and vehicle displacement curve of the target point are analyzed to obtain the vehicle position at the maximum noise of the target point. The transfer path analysis（TPA） model from the main sound source components to the target points outside the vehicle is established， and the noise frequency is analyzed by frequency spectrum. The main noise source is determined by the transfer path analysis， and the main noise source engine is optimized. The results show that the maximum noise of the vehicle is 4.6 m above the center line of the test site， the maximum noise source is the engine， and the noise frequency is 140-180 Hz. When the engine speed is 4 500 r/min， the torque rise step is reduced， and the outside noise is reduced by 2.6 dB， which meets the standard limit requirements. The transfer path analysis method can provide a reference for the identification and improvement of external noise sources of accelerating vehicles.

Keywords：noise emitted by accelerating vehicle;TPA;noise source identification;spectral analysis

（責(zé)任編輯：劉麗君）