基于NTF仿真的汽车噪声源识别

程琨 张振东 袁卫平 雷镭 曾帅

摘要： 介绍了噪声传递函数的基本理论.针对某款汽车，分析其道路试验得到的数据，发现转速为1 600 r·min-1左右时车内后排存在轰鸣声.针对该问题采用计算机辅助工程（CAE）方法进行了分析，通过在传动系统与车身连接点施加单位激励，运用Hyperworks软件中的Optistruct求解器求解后排右耳响应，并通过试验验证了仿真结果.仿真和试验结果均表明：在54 Hz左右，发动机二阶激励激起传动轴和后桥弯曲模态，产生共振，并通过车身连接点传到车身，从而激起空腔模态，导致后排产生轰鸣声.

关键词：

传动系统； 噪声源； 传递噪声函数； 试验

中图分类号： U 467.4文献标志码： A

Study on the Noise Source Identification for NTF Simulation

CHENG Kun1， ZHANG Zhendong1， YUAN Weiping2， LEI Lei2， ZENG Shuai2

（1.School of Mechanical Engineering， University of Shanghai for Science

and Technology， Shanghai 200093， China；

2.Commercial Vehicle Technical Center of SAIC Motor Corporation Limited， Shanghai 200438， China）

Abstract： Noise transfer function（NTF） basic theory was introduced in this paper.The acquisition data from road test was analyzed.It revealed that there existed booming at about 1 600 r·min-1 of the back seat of a car.Aimed at this problem，computer aided engineering（CAE） method was adopted by applying unit incentive to the connection point of both powertrain and body.The response from the rear of back seat was attained using the Optistruct solver of Hyperworks software.The simulation results were verified.Both the simulation and test results showed that the drive shaft and rear axle bended at about 54 Hz as a result of the 2nd order of ignition frequency.The vibration transferred through the connection point to the body and then excited the cavity mode.As a result，the booming of back seat occurred.

Keywords：

transmission system； noise source； noise transfer function； test

隨着汽车技术的快速发展，舒适性和安全性是未来研究的主要目标，其中振动和噪声是评价汽车舒适性的主要指标.影响汽车车内振动和噪声的直接因素是包围空腔的所有板件的振动和声学特性[1].来自噪声源的激励通过底盘与车身连接点传递到车身引发车身振动，车身振动作用于内部空气，使内部升压，产生车内噪声；同时，车外声音通过车身缝隙和孔进入车内也会产生车内噪声.影响整车车内噪声、振动和不舒适性的噪声源主要有动力总成和传动系统振动、排气系统振动、风激励、进气声以及胎噪，其中风激励和胎噪是汽车高速行驶下的激励源.加速和怠速是评价车内振动和噪声的主要工况.

噪声传递函数（NTF）定义为输入激励与输出噪声之间的函数关系，可用于评价结构对激励的声学灵敏度特性[2].NTF在整车开发和结构优化分析中具有很好的工程应用价值：对整车噪声、振动、声振粗糙度（NVH）开发进行设定和分解；通过试验测试各部件的噪声传递贡献量；在特定频率下，对各个面板贡献量进行分析.随着仿真技术的发展，计算机辅助工程（CAE）方法被运用到整车NTF分析中，CAE方法相对于试验方法，不仅快捷，效率高，而且可节约大量成本，为试验设计、分析以及结构优化提供帮助.

本文主要针对某款多用途汽车（MPV）在试验测试中车内后排存在明显的轰鸣声的现象进行传递路径分析，运用Hyperworks软件中的Optistruct求解器进行NTF分析，并与试验结果进行对比，寻找噪声源和传递路径，为结构优化提供帮助.

2问题分析

某试验车辆为前置后驱、6个手动前进挡，发动机为直列四缸，承载式车身，传动系统主要由传动轴、中间支撑、驱动桥、半轴组成.道路测试条件为：风速小于8 km·h-1，背景噪声比被测噪声至少低10 dB，道路为柏油马路.试验中主观感受为当转速为1 600 r·min-1左右时，车内后排出现轰鸣声.在主驾右耳、中排左侧右耳、后排左侧右耳各布置一个传声器.测试工况分别为3档和4档全油门（WOT），测试软件为LMS Test Lab 12 A.根据Shannon采样定理[4]有

fs>2fm

（5）

式中：fs为采样频率；fm为分析频率.

依据工程经验，一般噪声信号频率不超过5 000 Hz，振动信号频率不超过600 Hz.根据式（5），测试过程中噪声采样频率取12 800 Hz，分辨率取0.781 25 Hz；振动采样频率取1 600 Hz，分辨率取1 Hz.数据采集设备型号为LMS SCADAS Lab 40.车内噪声SPL测试结果如图1所示，其中f为频率.

从图1可看出，在转速为1 600 r·min-1左右时SPL存在明显峰值，且该峰值对应的转速与主观感受到噪声时对应的转速基本一致.车内噪声峰值主要由二阶声压组成，与发动机二阶激励相关.在转速为1 600 r·min-1下对应的发动机二阶激励频率为54 Hz.对车内后排噪声信号和传动系统振动信号进行相关性分析，初步判断传动轴和后桥可能被发动机二阶点火频率激起模态产生共振，所以选择车身与传动轴、后桥等连接点为单位激励加载点，响应点为车内后排耳旁.通过单位频率响应法得到车内后排耳旁SPL随f的变化.采用CAE方法分析时，考虑到模型误差，频率范围选择在55～65 Hz.

3NTF仿真分析

3.1有限元模型

TB（trimmed body）有限元模型主要采用SHELL163板壳单元模拟车身结构，焊点采用CWELD单元，材料采用SPHC和SPCC.为了平衡建模质量和计算速度，可忽略一些小尺寸工艺孔.有限元模型如图2所示.

空腔有限元模型采用四面体SOLID单元模型，材料为空气和座椅，定义为MAT10，空气属性和座椅属性均定义为PSOLID.考虑到模型的精确性，空腔有限元模型应为车身板件和座椅之间的空间模型，同时包括发动机舱和后翼子板腔体.空腔有限元模型如图3所示.

3.2右耳激励点仿真结果

在激励点施加单位激励，得到的频率为55～65 Hz，后排右耳声压级峰值的对应频率分别与后悬架左纵臂、左后螺旋弹簧、稳定杆和中间支撑振动峰值的对应频率基本一致.图4为激励点仿真结果.为验证仿真结果的正确性，对后桥和传动轴工作变形进行分析.传动轴中间支撑和后桥布置振动加速度传感器，采集相关振动信号.采集软件为LMS Test Lab 12 A.

4试验结果分析与验证

分析后桥测点振动幅值随转速n0和频率f变化的三维瀑布图（如图5所示）.由图可知，当n=1 600 r·min-1左右即对应二阶频率为54 Hz左右时振动幅值存在峰值.在转速为1 600 r·min-1时进行转速切片分析，得到在该转速下峰值随频率的变化，如图6所示，图中纵坐标为振动加速度a与重力加速度g的比值.图6中在二阶频率為54 Hz左右后桥存在明显的振动峰值.

分析中间支撑测点振动幅值随转速和频率的变化，如图7所示.在1 600 r·min-1即对应二阶频

率为54 Hz时，同样得到中间支撑存在明显振动峰值，如图8所示.综上分析，仿真与试验结果接

近，所以可得出，传动轴和后桥由于发动机二阶点火频率激起其模态产生共振，通过中间支撑和后桥与车身连接点传递到车内，引起车身振动，激起空腔模态，导致后排产生轰鸣声.解决这一问题的措施为在后桥处安装质量阻尼，在降低后桥振幅的同时还起到一定的移频作用，从而消除车内轰鸣声.

5结论

（1） 介绍了NTF的流固声学耦合和传递路径

基本原理.运用Hyperworks软件中的Optistruct求解器，在传动轴和后桥激励点施加单位激励，对车内后排右耳响应进行了分析，并结合试验对仿真结

果进行验证.结果表明，由于点火频率激起传动系

统弯曲模态产生共振，通过后桥与车身连接点将振动传递到车身，导致车内产生轰鸣声.

（2） 通过CAE方法进行噪声传递函数分析，不仅目标明确，而且效率高，可为试验提供理论依据，能有效分析NVH问题的来源，具有很好的工程实际价值.

参考文献：

[1]靳晓雄，白胜勇，丁玉兰，等.车身板件振动声学贡献量的计算机模拟[J].汽车工程，2000，22（4）：236-239.

[2]周建文，庞剑.NTF分析在车内结构噪声问题整改中的应用[J].汽车技术，2009（12）：40-43.

[3]庞剑，谌刚.汽车噪声与振动[M].北京：北京理工大学出版社，2006.

[4]李德葆，陆秋海.工程振动试验分析[M].北京：清华大学出版社，2004.