基于传递路径分析的乘用车路面噪声优化控制

谭晶晶杜建科李洪亮苏丽俐夏洪斌

（1.宁波大学，宁波 315211；2.中国汽车技术研究中心，天津 300300）

基于传递路径分析的乘用车路面噪声优化控制

谭晶晶1,2杜建科1李洪亮2苏丽俐2夏洪斌2

（1.宁波大学，宁波 315211；2.中国汽车技术研究中心，天津 300300）

为降低某国产新型SUV的路面激励噪声，利用传递路径分析（TPA）法将试验与仿真相结合开展优化分析。建立传递路径分析模型，试验测量获得了沥青路面60 km/h工况下悬架系统车身安装点激励力，利用Hypermesh模拟计算确认此工况下对车内响应影响较大的路径为后悬架左、右横拉杆与车身安装点所在路径，在此路径上展开优化，降低左、右横拉杆衬套刚度并进行了实车验证。结果表明，该方法有效降低了车内噪声，满足目标值要求。

1 前言

车内噪声主要来自发动机、车身振动、悬架系统及轮胎等，其中，路面对轮胎的激励力通过悬架系统传递到车身，引起车身振动，从而向车内辐射噪声，已成为重要的噪声源[1～3]。为了更好地控制车内噪声水平，需要研究各部件的不同激励及其传递路径，根据其贡献量的大小采取相应优化措施，传递路径分析（Transfer Path Analysis，TPA）方法可以有效解决这类问题。

本文利用TPA方法，将试验与CAE分析相结合，解决某新型乘用车车内噪声问题，研究车辆在光滑路面以60 km/h的速度行驶时路面噪声对车内噪声的影响。路面噪声主要通过轮胎激励、悬架及其与车身连接点进行能量传递，通过确定从不同路径传递的激励能量的比重，找出贡献量最大路径和起主要作用的零部件并进行优化改进，以降低车内噪声。

2 TPA基本理论

TPA方法基于系统为线性的假设，响应点的声压或振动水平是激励点以工作载荷激励时能量沿不同路径传递到车内的能量的叠加[4]。系统总响应可以表示为各传递路径贡献量的线性叠加[5]：

式中，Pk为乘员位置k处的总声压；Pijk为传递路径i在j方向对乘员位置k总声压的部分贡献量；Hijk为传递路径i在j方向到乘员位置k的传递函数；Fij为传递路径i在j方向的耦合激励力。

由式（1）可知，在传递路径分析中，需根据研究系统的不同明确各系统的不同耦合点（激励点），并在耦合点位置获取传递函数和耦合激励力。

2.1 传递函数的测量

利用互易法[6～7]测量从激励点到目标点的结构-声学传递函数，将体积声源置于目标点，在激励点处安装加速度传感器，结构-声学传递函数为：

式中，v为激励点处的表面振动速度；Q为目标点处的体积声源体积速度。

2.2 激励力的测量

本文中新车型悬架与车身安装点为刚性连接，对于线性系统，由响应Xi到输入Fj的频响函数为Hij=Xi/Fj，故激励力可用矩阵求逆法求得：

式中，{FN}为耦合激励力向量；{XM}为响应点上的工作响应向量；HMN为由输入FN到响应XM的频响函数[8]。

3 路面噪声试验

3.1 传递路径模型建立

针对某款新型乘用车，主要研究由路面激励通过不同路径传递至车身振动所产生的车内噪声。因此，认为路面激励经由轮胎衰减传递至轴头为主动端，由悬架系统传递至车身，悬架系统在车身上的安装点为被动端，振动传递至车内产生车内响应。由于悬架结构比较复杂，悬架TPA模型主要分析前、后悬架和车身的安装点。从激励到车内响应的传递路径如图1所示。

图1 路面噪声传递路径简化模型

本文研究的车型前悬架为麦弗逊式独立悬架，后悬架为多连杆式独立悬架，共14个车身连接点，如图2所示。每个激励考虑x、y、z方向（与整车坐标系相同），则共有42条传递路径。

在建立的CAE的装饰车身（Trimmed Body,TB）模型上建立声腔模型，如图3所示。TB模型中包括白车身、开闭件、副车架、质量大于0.5 kg的附件。计算不同激励点激励20～200 Hz在驾驶员右耳处的响应，根据式（1），车内声压为：

式中，Hij为第i条传递路径在j方向上的声-振传递函数，可直接测得。

图2 TPA模型建立

图3 声腔模型

3.2 试验步骤

试验分为2个部分：在整车半消音室测量各传递路径到车内相位参考点的声-振传递函数和各安装点主动端到指示点的频响函数；在室外空旷光滑路面测得安装点被动段各参考自由度的振动和车内相位参考点的声压值。

试验步骤如下：

a.在驾驶员右耳和后排右侧乘员左耳处布置麦克风，在悬架和车身14个安装点处布置加速度传感器，同时左、右前轮轴头和左、右后弹簧主动端、左、右后减振器主动端安装加速度传感器，前悬架测点位置如图4所示。在室外开阔场地光滑路面以60 km/h的工况行驶，测得驾驶员右耳、后排右侧乘员左耳声压和各加速度传感器位置的振动加速度Xi。

b.加速度传感器位置不变，拆除后桥、前、后悬架减振器、前、后悬架弹簧，将耦合激励点解耦。

c.用力锤激励悬架与车身安装点，测得各传递路径到目标点的声-振传递函数Hijk，同时测量各传递路径激励力到参考自由度的频响函数HNM，用于激励力的计算。

d.在LMS Test.Lab中计算出激励力，将计算所得数据输入所建CAE车身声腔模型中，找出贡献量最大的路径，为优化控制作准备。

图4 前悬架左、右测点位置

4 结果分析

将在整车半消音室测得的HNM和室外光滑路面匀速工况下测得的Xi代入式（3），在LMS中算出连接点耦合激励力，并将所得激励力带入CAE模型中计算，与车内声压实测值进行对比，如图5所示。由图5可知，CAE计算值与实测值在20～200 Hz频率范围内可以较好吻合。

图5 车内声压对比

车内频率在200 Hz以下的噪声主要由路面激励产生，但是200 Hz以上的部分还有其它噪声源。计算各传递路径的在低频范围内的贡献量，52 Hz、94 Hz附近出现明显峰值。分析峰值频率各传递路径的贡献量发现，左上连杆和右上连杆对2个峰值有较大的贡献量。

计算2个连杆路面激励力结果如图6所示，由图7可知，2个连杆在50 Hz和96 Hz附近频段均有峰值，并具有较大激励力，应考虑对横拉杆进行优化设计。

图6 左、右上连杆路面激励力

首先，将横拉杆车身安装点激励力降低10%，CAE模拟计算结果如图7、图8所示，单条路径贡献量有所降低，但车内总声压值并未明显下降。将同一位置安装点激励力分别降低20%和30%，模拟计算结果如图9、图10所示。

由图9、图10可知，车身响应有效降低，达到预期目标。由模拟计算结果可以发现，降低安装点激励力可以有效降低车内响应，指导实车优化方案。

图7 激励力降低10%条件下单条路径贡献量

图8 激励力降低10%条件下车内总响应

图9 降低激励力20%条件下车内总响应

图10 降低激励力30%条件下车内总响应

5 优化控制

为了找出连杆安装点激励力对车内响应的具体影响因素，同时对连杆进行隔振率测试，连杆主、被动端振动如图11所示，其均方根（Root Mean Square,RMS）值见表1。并没有明显将路面激励的振动放大，因此排除连杆隔振性能不佳的原因，可以通过降低衬套刚度和提高安装点动刚度的方式来降低上连杆安装点的激励力。

图11 后悬架连杆的隔振率

表1 后悬架连杆隔振率均方根 dB

横拉杆衬套刚度不仅影响悬架隔振，同时也影响整车行驶平顺性，所以优化过程中不宜使衬套刚度过低，故优化手段可以选择降低衬套刚度20%，达到预期效果即可，并重新进行测试，将测试结果与原状态测试结果进行对比（见图12），20～200 Hz频段内45 Hz和95 Hz频率范围声压均明显降低，幅度约5 dB，达到预期优化效果。

图12 下横拉杆橡胶衬套刚度降低20%条件下车内响应

6 结束语

针对某新车型利用TPA方法进行车内噪声的优化控制，将CAE与试验相结合，成功降低车内噪声约5 dB（A）。在本次优化分析中，得以下结论：

a.由于悬架与车身为刚性连接，通过矩阵求逆法计算激励力并拟合车内声压值，计算的结果可行，能与试验数据较好地吻合；

b.TPA方法在用力锤敲击获取传递函数时，需要拆除悬架系统来解耦，提高试验精度；

c.由以上优化手段可以发现，将CAE仿真与试验相结合可以节省分析时间。

1 Kim S J,Lee SK.Prediction of structure-borne noise caused by the powertrain on the basis of the hybrid transfer path.Journal of Automobile Engineering，2009，223（4）：485～502.

2 李华良，熊卉，万攀，等.基于传递路径分析的乘用车车内噪声数值模拟.汽车工业研究，2015（9）：49～54.

3 王万英，靳晓雄，彭为，等.轮胎振动噪声结构传递路径分析.振动与冲击，2010，29（6）：88～95.

4 Plunt J.Finding and Fixing Vehicle NVH Problems with Transfer Path Analysis.Sound and Vibration,2005，39（11）：12～17.

5 余雄鹰，闵福江，文伟，等.轮胎/路面噪声的结构传递路径分析.汽车工程，2013（11）：1030～1034.

6 Guo R,Wan G,Zhao Y,et al.Study on transfer path analysis method of automobile interior noise.Journal of Vibration, Measurement and Diagnosis，2007（3）：199～203.

7 Sottek R,Sellerbeck P,Klemenz M.An Artificial Head Which Speaks from Its Ears:Investigations on Reciprocal Transfer Path Analysis in Vehicles,Using a Binaural Sound Source.SAE Technical Papers,2003.

8 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，2007，27（4）：73～77.

（责任编辑 斛 畔）

修改稿收到日期为2016年8月7日。

Passenger Car Road Noise Optimization and Control Based on Transfer Path Analysis

Tan Jingjing1,2,Du Jianke1,Li Hongliang2,Su Lili2,Xia Hongbin2
（1.Ningbo University,Ningbo 315211;2.China Automotive Technology and Research Center,Tianjin 300300）

To reduce road excitation noise of a new SUV localized in China,we used Transfer Path Analysis(TPA) method,combined test with simulation for optimization analysis.By establishing TPA model,we obtained the excitation force of car body’s mount point through test measurement under speed of 60 km/h.Through Hypermesh calculation,we confirmed that under this condition,the left and right tie rod on the rear suspension as well as the path of the body mount point affected the interior response substantially,and optimization was made to this path,which reduced bushing stiffness of the left and right tie rod,the results showed that this method reduced interior noise effectively,and met requirement of target value.

Transfer path analysis method,Road noise,Hypermesh,Lower tie rod

传递路径分析法 路噪 Hypermesh 下横拉杆

U463.1；TB535

A

1000-3703（2017）03-0019-05