[摘要]汽車開發(fā)過(guò)程中NVH性能貫徹始終,本文針對(duì)某款國(guó)產(chǎn)汽車開發(fā)過(guò)程中,在測(cè)試試驗(yàn)樣車車內(nèi)噪聲時(shí)路面激勵(lì)引起的駕駛員右耳噪聲過(guò)大問(wèn)題，采用試驗(yàn)與有限元技術(shù)相結(jié)合的方式，以實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果作為激勵(lì)，進(jìn)行基于CAE的傳遞路徑分析，對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果，證明CAE傳遞路徑分析的可行性。針對(duì)試驗(yàn)測(cè)得駕駛員右耳53Hz出現(xiàn)峰值問(wèn)題，進(jìn)行分析，最終成功的尋找出原因。

關(guān)鍵詞：傳遞路徑分析，路面激勵(lì)，有限元法，聲固耦合

引言：隨著中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車保有量的持續(xù)升高，汽車的舒適性越來(lái)越受到人們重視，在新車選購(gòu)中，振動(dòng)與噪聲是用戶最直接的體驗(yàn)，振動(dòng)與噪聲常常作為汽車好壞的重要評(píng)價(jià)。為增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，汽車生產(chǎn)商越來(lái)越重視汽車NVH性能，汽車的振動(dòng)噪聲往往作為新車亮點(diǎn)之一。路面不平度引起的振動(dòng)是汽車行駛中三大噪聲源之一，其主要頻率集中在300Hz以下，尤其是在粗糙路面上行駛，路噪問(wèn)題尤為突出。大多數(shù)解決路噪問(wèn)題的手段是采用試驗(yàn)為主的傳遞路徑分析（TPA）方法，找出對(duì)車內(nèi)噪聲起主導(dǎo)作用的路徑，通過(guò)控制和改進(jìn)這些路徑以使車內(nèi)噪聲控制在預(yù)定的目標(biāo)線下。經(jīng)典傳遞路徑分析中振動(dòng)頻響函數(shù)（FRF）或聲傳遞函數(shù)（NTF）比較容易獲得，但載荷識(shí)別精度對(duì)其準(zhǔn)確性有著重要的影響，且在試驗(yàn)中對(duì)周圍環(huán)境的要求比較高。目前可行的識(shí)別方法有三種。第一種是直接通過(guò)傳感器測(cè)得，實(shí)際使用中對(duì)傳感器的精度要求往往較高，且使用中需要合適的安裝空間與安裝表面。第二種針對(duì)軟懸置動(dòng)剛度法，由懸置的動(dòng)剛度乘以變形量得出工作載荷。盡管動(dòng)剛度法是一種快速的載荷識(shí)別方法，但由于很難獲得準(zhǔn)確的動(dòng)剛度數(shù)據(jù)而限制了其應(yīng)用，第三種互逆法由被動(dòng)邊的指示點(diǎn)響應(yīng)乘以FRF矩陣的偽逆得到載荷力，但由于FRF矩陣病態(tài)會(huì)造成偽逆問(wèn)題，指示點(diǎn)的數(shù)目一般為傳遞路徑載荷力數(shù)目的兩倍以上。對(duì)于復(fù)雜的汽車工況而言，非常耗時(shí)，會(huì)延長(zhǎng)開發(fā)周期。本文針對(duì)某車型的路面噪聲問(wèn)題，提出將實(shí)驗(yàn)TPA方法與CAE技術(shù)相結(jié)合，首先通過(guò)試驗(yàn)中直接測(cè)量的相關(guān)激勵(lì)源在光滑瀝青路面60km/h力譜作為CAE分析的激勵(lì)源，利用基于邊界元的聲傳遞向量法計(jì)算車內(nèi)聲壓，求解出駕駛員右耳處20Hz~200Hz頻段內(nèi)1/3倍頻程濾波的各中心頻率處的A級(jí)聲壓，與試驗(yàn)中駕駛員右耳處所采集的聲壓數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比以驗(yàn)證CAE結(jié)果分析的準(zhǔn)確性。接下來(lái)采用基于CAE分析的傳遞路徑分析（Transfer path analysis-TPA），來(lái)評(píng)價(jià)激勵(lì)源到接收點(diǎn)的每個(gè)路徑能量的矢量貢獻(xiàn)，從而確定引起該車路面噪聲的原因。

1分析原理路面與輪胎相互作用通過(guò)懸架將振動(dòng)傳遞到車身，車身壁板振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲在車內(nèi)密閉空間內(nèi)由空氣傳播，在駕駛員右耳處形成了聲壓，同時(shí)車身壁板的振動(dòng)還受到空氣的制約，壁板振動(dòng)作用在空氣上，同時(shí)空氣的振動(dòng)也反作用在壁板。因此在分析駕駛員右耳處的聲壓時(shí)需考慮結(jié)構(gòu)振動(dòng)與聲場(chǎng)的相互作用，進(jìn)行聲固耦合的模態(tài)分析，將結(jié)構(gòu)的動(dòng)力方程與流體連續(xù)性方程

其中，下標(biāo)s表示結(jié)構(gòu)；下標(biāo)f表示流體

N和sN分別表示流體壓力形函數(shù)矩陣和結(jié)構(gòu)形函數(shù)矩陣。真空中的結(jié)構(gòu)模態(tài)：

剛性容器下的流體模態(tài)：

將方程（2）至方程（12）代入方程（1）中得結(jié)構(gòu)和流體系統(tǒng)總體方程在模態(tài)坐標(biāo)下表示：

2可行性檢查

2.1試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集（1）激勵(lì)點(diǎn)選取有研究表明,轎車在50~60km/h速度在干燥道路上行駛時(shí),車內(nèi)噪聲的主要成分是輪胎/路面噪聲，在粗糙路面行駛，路噪問(wèn)題更為突出。路面對(duì)車輪激勵(lì)力通過(guò)懸架結(jié)構(gòu)經(jīng)多條路徑傳遞到車身，傳遞路徑主要有兩條：一條是通過(guò)懸架彈簧和減振器傳到車身懸架彈簧上座，另一條是通過(guò)托架傳遞到車身托架的支撐部位。因此分析不同點(diǎn)的激勵(lì)在駕駛員右耳處的響應(yīng)來(lái)考察路面噪聲是否滿足一定的技術(shù)要求，在試驗(yàn)測(cè)量中選用如下14個(gè)點(diǎn)最為激勵(lì)點(diǎn)的測(cè)點(diǎn)，如圖1所示：

（2）試驗(yàn)工況試驗(yàn)路面選用粗糙路面，路面四周空曠，背景噪聲比被測(cè)噪聲低15dB(A)以上，樣車以60Km/h的速度在粗糙路面勻速滑行。（3）數(shù)據(jù)采集加速度傳感器布置測(cè)試樣車圖1所示激勵(lì)點(diǎn)處，用BSWA公司的麥克風(fēng)測(cè)量駕駛員右耳處的聲壓，采集數(shù)據(jù)通過(guò)商業(yè)數(shù)測(cè)軟件進(jìn)行處理，得到CAE分析可用數(shù)據(jù)。2.2    CAE仿真由于路面激勵(lì)的能量主要分布在100Hz以下，由路激引起的車身結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率主要集中在200Hz以下低、中頻范圍內(nèi)，因此進(jìn)行有限元分析求解頻率范圍定為20-200Hz。CAE建模，進(jìn)行基于NTF的路噪分析，模型在符合實(shí)際樣車的剛度與重量的同時(shí)需簡(jiǎn)化計(jì)算規(guī)模，故去除一些與路面激勵(lì)引起的車內(nèi)噪音無(wú)直接關(guān)聯(lián)的部件，最終采用在整備車身模型的基礎(chǔ)上去除動(dòng)力總成，排氣系統(tǒng)，傳動(dòng)軸，懸架及輪胎等部分，即Trimmed Body（TB)。前處理在Hypermesh中進(jìn)行，將所需幾何模型導(dǎo)入、劃分網(wǎng)格、定義材料屬性、質(zhì)量配重、零件連接、用試驗(yàn)測(cè)得的激勵(lì)力譜作為有限元模型激勵(lì)測(cè)點(diǎn)處的加載。計(jì)算模型網(wǎng)格基本采用10mm劃分的SHELL單元，螺栓采用RBE2模擬，焊點(diǎn)采用acm與cweld模擬，粘膠采用adhesives模擬，質(zhì)量配重采用CONM2模擬，共有單元1544592個(gè)，重量790.5Kg車身模如圖2所示。

聲腔模型的搭建，首先把圍成車內(nèi)封閉空間的板件提取出來(lái)，然后在搭建好的模型上的節(jié)點(diǎn)生成聲腔外表面。聲腔模型采用尺寸為50mm的PSOLID單元模擬。如圖3所示：

將搭建好CAE模型導(dǎo)入Nastran求解器進(jìn)行模態(tài)頻率響應(yīng)分析。

2.3試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果對(duì)比駕駛員右耳處聲壓與試驗(yàn)中測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如圖4所示：

圖示對(duì)比結(jié)果顯示，試驗(yàn)測(cè)得駕駛員右耳處聲壓與CAE分析所得結(jié)果相符度較高，故可以通過(guò)CAE仿真進(jìn)行各激勵(lì)點(diǎn)噪聲貢獻(xiàn)量分析。3 在53Hz出現(xiàn)峰值噪聲原因分析3.1傳遞路徑分析針對(duì)傳遞路徑進(jìn)行分析當(dāng)系統(tǒng)中有多個(gè)不相關(guān)的激勵(lì)源時(shí)，可以采用單個(gè)互譜的方法與其他激勵(lì)源分離。單參考的數(shù)據(jù)作為輸入，進(jìn)行每個(gè)分量的噪聲貢獻(xiàn)量分析。總激勵(lì)下在駕駛員右耳聲壓分析中發(fā)現(xiàn)在53Hz時(shí)出現(xiàn)最大值。針對(duì)每個(gè)激勵(lì)源進(jìn)行分析求解的駕駛員右耳處聲壓，分析結(jié)果如圖5所示：對(duì)該點(diǎn)有明顯影響的激勵(lì)點(diǎn)有左前減振器Y向激勵(lì)、右后減振器Z向激勵(lì)、右后拖拽臂Y向激勵(lì)、連桿右上X向激勵(lì)。

3.2激勵(lì)源分析    針對(duì)傳遞路徑分析中對(duì)駕駛員右耳噪聲有明顯影響的4 個(gè)激勵(lì)點(diǎn)，分析其試驗(yàn)采集的路面激發(fā)現(xiàn)在53Hz附近均有峰值，如圖6 所示。

為區(qū)分激勵(lì)點(diǎn)對(duì)53Hz峰值影響是由于路面激勵(lì)頻率或是結(jié)構(gòu)剛度不足，更改試驗(yàn)采的激勵(lì)數(shù)據(jù)，將以上問(wèn)題點(diǎn)的53Hz前后3Hz范圍內(nèi)激勵(lì)力力譜峰值改為緩平曲線，進(jìn)行各自的總激勵(lì)下駕駛員右耳處聲壓分析，分析結(jié)果如圖7所示：

從圖示響應(yīng)圖可以看出，更改激勵(lì)數(shù)據(jù)將53Hz附近激勵(lì)力峰值去掉后，峰值處有所降低。3.3更改結(jié)構(gòu)剛度將右后拖拽臂激勵(lì)點(diǎn)，左前減震器激勵(lì)點(diǎn)，右后減震器激勵(lì)點(diǎn)，連桿右上激勵(lì)點(diǎn)處的結(jié)構(gòu)通過(guò)更改材料楊氏模量與更改板厚來(lái)提高其結(jié)構(gòu)剛度，結(jié)構(gòu)不改變，進(jìn)行駕駛員右耳噪聲聲壓貢獻(xiàn)量分析對(duì)比，結(jié)果如圖8所示：

通過(guò)分析圖可以看出，53Hz峰值基本不變。綜上分析，可以得出結(jié)論，針對(duì)駕駛員右耳53Hz處峰值問(wèn)題，與激勵(lì)力處結(jié)構(gòu)剛度無(wú)關(guān)，是由于路面激勵(lì)力力譜在53Hz處有峰值。4    結(jié)論與展望   本文通過(guò)有限元方法進(jìn)行某車型53Hz路噪問(wèn)題進(jìn)行傳遞路徑分析，成功的通過(guò)控制變量的方法尋找處駕駛員右耳處噪聲在樣車試驗(yàn)中出現(xiàn)峰值的原因。為進(jìn)一步工程師進(jìn)行降噪優(yōu)化提供參考，同時(shí)也為今后進(jìn)行真實(shí)路況下車內(nèi)噪聲的預(yù)測(cè)提供了方法。利用該方法可以進(jìn)一步的收集不同懸架結(jié)構(gòu)在多種路面激勵(lì)下的激勵(lì)數(shù)據(jù)，在新車設(shè)計(jì)中CAE階段模仿樣車試驗(yàn)進(jìn)行車內(nèi)噪聲分析，使得傳遞路徑分析法使用更普及，節(jié)省新車設(shè)計(jì)周期與成本，提高新車設(shè)計(jì)質(zhì)量。作者：劉偉1，薛超1，夏洪兵2，王平1作者單位：1天津科技大學(xué)，2中國(guó)汽車技術(shù)研究中心

來(lái)源：2016汽車NVH控制技術(shù)國(guó)際研討會(huì)論文集