传递路径分析在车内噪声分析中的应用

康 菲 闫 硕 彭 洁 任永超

（1.长城汽车股份有限公司技术中心；2.河北省汽车工程技术研究中心）

1 前言

汽车内部噪声和振动现象是由多个激励经由不同的传递路径，抵达目标位置后叠加而成的[1]。在进行汽车NVH问题的分析和改进过程中，如果能准确判断出各主要激励源和传递路径的贡献量，并对贡献量大的位置改进优化，则能够大幅提高工作效率。而传递路径分析方法能够准确判断各路径输入的激励能量在整个问题中所占的比例，找出传递路径上对车内噪声起主导作用的环节，通过控制这些主要环节（声源的强度、路径的声学灵敏度等）参数在合理的范围内，以使车内噪声控制在预定的目标值内[1]。本文介绍了工况传递路径分析（OPAX）方法，用工况下的测试数据直接识别得到工况载荷并建立参数模型，同时利用相关数据进行各个传递路径的贡献量分析。

2 传递路径分析方法基本原理

传递路径分析方法的基本原理是假设汽车内部噪声或振动是由多个激励经由不同路径抵达目标位置后叠加而成的，如公式（1）主要包括噪声传递和结构传递[2]:

式中，yk为目标点响应；Fi为激励力，表示由振动源作用在机械系统上的结构载荷；Qj为体积加速度，表示由声源发出的声载荷；NTFik与NTFjk表示激励力i或声源j到响应点K的传递函数。

OPAX方法是在传递路径基本分析方法的基础上，建立便携的激励源-路径-响应模型，并利用工况测试结果，使用刚度参数化模型[3]方式和动刚度分段（频率）求取方法，简单和快捷获取载荷力。

3 实例应用

3.1 问题分析

通过对问题车辆进行主观评价，发现某车辆3挡全负荷加速行驶到发动机转速3650r/min时，驾驶员位置有较大轰鸣声。在消声室内对该车进行噪声测试，测试工况为3挡全负荷加速，发动机转速从1000r/min全负荷升到4000 r/min，测试位置为驾驶员位置，结果如图1和图2所示。由图1和图2可知，引起驾驶员位置3650r/min附近噪声大的主要原因是4阶噪声，其频率为243Hz，因此初步怀疑该噪声产生与发动机相关。

3.2 模型建立

根据驾驶员位置3650 r/min附近4阶噪声大现象，制定后续试验方案并分析主要原因，所建立的“激励源—驾驶员位置”传递路径模型如图3所示。

3.3 传递函数测试

根据该模型确认在车身侧的9个结构载荷力输入点和8个声学体积加速度输入点，然后依据测试位置分别布置3向加速度传感器和麦克风。利用体积声源为激励源，并采集各目标点到激励点的传递函数，用于传递路径数据分析。

3.4 工况测试及数据分析

针对该车型3挡全负荷加速工况发动机转速3650 r/min 4阶噪声大的问题，测量该车3挡全负荷加速1000～4000 r/min车内噪声、发动机悬置主被动侧振动、发动机辐射噪声、进排气噪声等数据，用于传递路径数据分析。

通过软件计算可以得到每条传递路径对驾驶员位置噪声的贡献量，其中发动机转速3650 r/min时贡献量最大的位置是左悬置Z方向，其它路径贡献量较小（图4）。根据发动机左悬置Z方向载荷力（图5）及传递函数曲线结果（图6），可以看出传递函数曲线较平滑无明显峰值，而载荷力曲线在3650 r/min时有较大峰值，初步怀疑是发动机左悬置侧有共振现象产生，进而进行发动机支架模态试验以确认问题原因。

3.5 结构改进

根据分析结果首先进行发动机支架模态试验，查看243 Hz附近是否有模态存在。试验结果显示，发动机左悬置支架在240 Hz附近有模态存在（图7），由此可以确定导致激励力变大的原因是发动机4阶激励与发动机左悬置支架模态重合而产生共振。对此问题制定2种优化方案:直接改变发动机悬置支架的结构，提高其固有频率从而避开主要激励频率；在发动机悬置支架上增加动态吸振器。

综合考虑研发周期、成本以及可行性等因素，决定采用增加吸振器方案。依据阻尼式动力吸振器设计基本原理[4]，将悬置支架等效为对应的模态频率（240 Hz）下的单自由度系统，利用模态测试结果得到该模态下的模态质量M，根据实际情况及质量比μ（吸振器质量与悬置支架模态质量之比）的选择原则，选择质量比μ为0.16，由此得到吸振器质量m，而最优协调比f（吸振器频率与悬置支架频率之比）为0.862，最终设计吸振器频率为207 Hz。

在发动机左悬置支架位置增加动态吸振器后，经整车试验验证及主观评价，驾驶员位置车内轰鸣声明显减小，达到要求。对比车内噪声曲线（图8）可知，车内噪声整体下降2.4 dB（A）且曲线较平滑；由图2和图9改进前、后噪声频谱图对比可知，在243 Hz附近噪声较原状态明显减小。

4 结束语

运用OPAX方法，通过对其车型的轰鸣声问题从传递路径测试、贡献量分析以及载荷识别等方面入手，最终应用悬置支架吸振器将噪声问题解决。该案例充分说明OPAX方法是一种快速、高效的解决方法，同时也反映出发动机附件的振动大小、安装频率、共振转速等对发动机本身振动噪声性能均有较大影响，可能引起整车NVH问题。因此，在发动机前期设计时要尽量提高其刚度，使其与发动机主要激励频率错开，防止共振的发生。

1 刘东明，项党，罗清，等.传递路径分析技术在车内噪声与振动研究与分析中的应用.噪声与振动控制，2007（8）.

2 吴颖熹，周 鋐，王二兵.工况传递路径（OPA）与经典传递路径分析（TPA）方法比较.LMS论文集,2011.

3 常辉，刘文强，吴东风.传递路径分析技术在NVH开发中的应用.LMS论文集,2011.

4 丁文镜.减振理论.北京:清华大学出版社，1988.