【摘要】汽車NVH性能是評(píng)價(jià)整車性能重要指標(biāo)之一。其中，NVH性能測(cè)試技術(shù)自然成為汽車工程界關(guān)注的焦點(diǎn)。首先運(yùn)用整車NVH性能摸底測(cè)試方法驗(yàn)證了某國(guó)產(chǎn)轎車NVH主觀感受；其次，介紹了傳遞路徑分析基本原理，并構(gòu)建了基本分析模型，結(jié)合傳遞路徑分析方法與國(guó)際先進(jìn)的聲振數(shù)據(jù)測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)可能產(chǎn)生問(wèn)題的路徑進(jìn)行了聲振測(cè)試、分析，并通過(guò)排除法得出了該工程問(wèn)題的初步診斷結(jié)論；最后，在分析、總結(jié)工程實(shí)例基礎(chǔ)之上，建立起了整車NVH性能測(cè)試與分析一般技術(shù)流程，為今后工程上解決相關(guān)整車NVH問(wèn)題提供了參考和依據(jù)，提出了整車NVH性能測(cè)試技術(shù)流程研究的意義。

主題詞：NVH；傳遞路徑分析；技術(shù)流程

0 引言

隨著人們對(duì)汽車乘坐舒適性期望越來(lái)越高以及世界各國(guó)有關(guān)環(huán)境保護(hù)的法規(guī)越來(lái)越嚴(yán)格，當(dāng)前汽車NVH(Noise,Vibration & Harshness）研究也愈發(fā)受到相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和汽車生產(chǎn)廠家的重視[1-4]。汽車NVH性能可能受很多因素影響，振動(dòng)和噪聲可以是來(lái)自多方面的。工程上解決整車NVH性能問(wèn)題時(shí)，很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是對(duì)整車進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)一系列工程方法得出初步診斷結(jié)果。該環(huán)節(jié)必須引起高度重視，因?yàn)橐坏┏醪皆\斷出錯(cuò)，接下來(lái)的工作都會(huì)因此而變得毫無(wú)意義，大大降低工作效率。

1 NVH性能摸底測(cè)試

某國(guó)產(chǎn)乘用車在低轉(zhuǎn)速，尤其是在1500r/min左右時(shí)，車內(nèi)有較大的噪聲，振動(dòng)強(qiáng)烈，產(chǎn)生了共振現(xiàn)象，影響了整車的NVH性能。

  摸底測(cè)試的目的是考察測(cè)試結(jié)果是否和人的主觀感受相吻合，尤其是在1500轉(zhuǎn)左右是否有明顯的共振現(xiàn)象。在正駕駛、副駕駛座椅及后排座椅上人的右耳處布置聲傳感器，在前排地板上正、副駕駛處及車身玻璃處安裝振動(dòng)傳感器。試驗(yàn)工況包括：駐車狀態(tài)：半油門加速（idle POT）、全油門加速（idle WOT）。行車狀態(tài)：半油門加速（POT）、全油門加速（WOT）。在半油門加速（POT）的工況下，測(cè)試結(jié)果如圖1-1所示。 

（a）前排正駕駛員右耳處噪聲測(cè)試結(jié)果

 圖1-1 車內(nèi)聲/振測(cè)試結(jié)果

由圖1-1可以看出，不論是噪聲還是振動(dòng)在1400～1500r/min之間都存在一個(gè)最大值，并且與發(fā)動(dòng)機(jī)的二階次有關(guān)，這與對(duì)該車的主觀評(píng)價(jià)相符——在1500r/min左右振動(dòng)強(qiáng)烈。

對(duì)該車做頻譜分析，結(jié)果如圖1-2所示。

 （a）車內(nèi)噪聲的頻譜分析

（b）車內(nèi)振動(dòng)的頻譜分析

圖1-2 車內(nèi)聲振頻譜分析

從圖1-2（a）可以看出，在1500r/min左右，不論是駕駛員側(cè)、副駕駛側(cè)還是在后排座椅處，該車在50Hz左右的幅值最大。從圖1-2（b）可以看出，在1500r/min左右，不論是地板還是玻璃，其振動(dòng)都在50Hz處取得了最大值，也就是說(shuō)50Hz的頻率最各處的振動(dòng)影響最大。綜上所述，該車在主觀上感覺(jué)低轉(zhuǎn)速時(shí)振動(dòng)噪聲較大的原因，是因?yàn)樵撥囋?400～1500r/min區(qū)間的噪聲和振動(dòng)都出現(xiàn)了峰值，并且與發(fā)動(dòng)機(jī)的二階次關(guān)聯(lián)最大。從頻譜圖上看出，50Hz是對(duì)噪聲和振動(dòng)影響最大的頻率，也處在引起人主觀感覺(jué)不舒適的主要頻率帶內(nèi)（20Hz~200Hz）。

2 傳遞路徑分析

2.1 傳遞路徑分析基本原理

汽車內(nèi)部噪聲和振動(dòng)現(xiàn)象，往往是由多個(gè)激勵(lì)，經(jīng)由不同的傳遞路徑抵達(dá)目標(biāo)位置后疊加而成的。當(dāng)今汽車工業(yè)新產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中，為了進(jìn)一步優(yōu)化整車NVH性能，往往要綜合考慮各個(gè)激勵(lì)和傳遞路徑的情況，傳遞路徑分析(即TPA: Transfer Path Analysis)就是一個(gè)行之有效的方法。通過(guò)傳遞路徑分析，確定各途徑流入的激勵(lì)能量在整個(gè)問(wèn)題中所占的比例，找出傳遞途徑上對(duì)車內(nèi)噪聲起主導(dǎo)作用的環(huán)節(jié)，通過(guò)控制這些主要環(huán)節(jié)，如使聲源的強(qiáng)度，路徑的聲學(xué)靈敏度等參數(shù)在合理的范圍里，以使車內(nèi)噪聲控制在預(yù)定的目標(biāo)值內(nèi)[5-12]。

總體上可按結(jié)構(gòu)聲和空氣聲兩種情況進(jìn)行處理[6]。在結(jié)構(gòu)聲情況下，激勵(lì)源和目標(biāo)點(diǎn)分屬于兩個(gè)不同的系統(tǒng)，激勵(lì)源一側(cè)的結(jié)構(gòu)稱為主動(dòng)方，目標(biāo)點(diǎn)一側(cè)的結(jié)構(gòu)稱為受動(dòng)方，一般兩者在分界處(可稱之為耦合點(diǎn))通過(guò)某種耦合元件連接起來(lái)，具體可表現(xiàn)為發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤部件在車身上的支撐、鉸連及橡膠軸套等。比如，作為激勵(lì)源的發(fā)動(dòng)機(jī)為主動(dòng)方，車身結(jié)構(gòu)為受動(dòng)方，其間的支撐為耦合元件。而目標(biāo)可以是某點(diǎn)的聲壓，也可以該點(diǎn)某一自由度上的振動(dòng)。在空氣聲的情況，路徑上不存在耦合點(diǎn)，如果有N個(gè)輻射聲源就形成N條傳遞路徑。

 圖2-1 傳遞路徑分析模型

假設(shè)系統(tǒng)是線性時(shí)不變的，則車內(nèi)目標(biāo)點(diǎn)的聲壓或振動(dòng)水平等于各激勵(lì)源以工作載荷激勵(lì)時(shí)沿不同路徑傳播到車內(nèi)的能量的疊加，如圖2-1所示。TPA的目的是研究能量在這些路徑上的傳播情況。

由以上分析和假設(shè)可知，來(lái)自不同路徑的所有部分貢獻(xiàn)構(gòu)成了總響應(yīng)，

         （2-1）

其中:為乘員位置n處的總聲壓；為傳遞途徑i在j方向?qū)Τ藛T位置n總聲壓的部分貢獻(xiàn)。

   （2-2）

其中:為傳遞路徑i上j方向到乘員位置n的傳遞函數(shù)，結(jié)構(gòu)-聲學(xué)傳遞函數(shù)或聲學(xué)傳遞函數(shù)；為傳遞路徑i上方向i上的實(shí)際激勵(lì)。

由公式(2-2)可知，進(jìn)行傳遞路徑分析的主要工作包括:

（1）工作載荷的獲取。對(duì)于結(jié)構(gòu)聲，是各耦合點(diǎn)處每個(gè)自由度上的工作力輸入；對(duì)于空氣聲則是聲源的體積速度/加速度。該項(xiàng)工作需要大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為輸入，是TPA最繁重的部分，也直接決定分析結(jié)果的可信程度。

（2）路徑頻響函數(shù)的獲取。對(duì)于結(jié)構(gòu)聲，測(cè)量耦合點(diǎn)處每個(gè)自由度到響應(yīng)位置的頻響函數(shù)，測(cè)量時(shí)受動(dòng)方與主動(dòng)方應(yīng)在各耦合點(diǎn)處應(yīng)解耦。對(duì)空氣聲，測(cè)量目標(biāo)點(diǎn)到聲源的頻響函數(shù)。

2.2 傳遞路徑試驗(yàn)測(cè)試分析

就本項(xiàng)目而言，從結(jié)構(gòu)方面看，其振動(dòng)傳遞主要有兩個(gè)途徑：一是由路面激勵(lì)，經(jīng)懸架系統(tǒng)作用在車身上；二是由發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)，經(jīng)由發(fā)動(dòng)機(jī)懸置或排氣管，作用于前副車架，再最終作用在車身上。針對(duì)這兩條傳遞路徑分別布置相應(yīng)的振動(dòng)傳感器，進(jìn)行傳遞路徑的分析。

首先對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行分析。對(duì)懸架進(jìn)行“過(guò)減速帶的路面激勵(lì)試驗(yàn)”。試驗(yàn)工況與摸底測(cè)試一致。

1-2 懸架系統(tǒng)傳遞函數(shù)分析

對(duì)懸架系統(tǒng)的傳遞函數(shù)進(jìn)行分析，如圖2-2所示。從圖可以知道，該車的懸架系統(tǒng)在低頻的隔振效果比較好，無(wú)論是前懸架還是后懸架，在50Hz左右的傳遞函數(shù)都明顯的低于1，即懸架系統(tǒng)對(duì)50Hz是起衰減作用的。

綜上所述，懸架系統(tǒng)在1500r/min時(shí)，50Hz對(duì)應(yīng)的振動(dòng)幅值較小，并且整個(gè)懸架系統(tǒng)對(duì)50Hz起到衰減作用。初步判斷50Hz不是來(lái)源于懸架系統(tǒng)的振動(dòng)。

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置及前副車架進(jìn)行分析。該車有前、后、左、右四個(gè)懸置，都是一般的橡膠懸置。首先對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置做隔振率分析，試驗(yàn)工況與摸底測(cè)試工況一致。測(cè)點(diǎn)布置及測(cè)試信號(hào)如表2-1所示，測(cè)試分析結(jié)果如圖2-3所示。

表2-1 懸置振動(dòng)傳遞率試驗(yàn)傳感器測(cè)點(diǎn)布置及測(cè)試信號(hào)

序號(hào)

測(cè)點(diǎn)位置

測(cè)試信號(hào)

備注

1、發(fā)動(dòng)機(jī)前懸置：在發(fā)動(dòng)機(jī)端和車架端配對(duì)布置測(cè)點(diǎn)并盡量靠近懸置膠套

x、y、z三軸方向的振動(dòng)加速度（m/s2）

基于整車坐標(biāo)系標(biāo)定每個(gè)測(cè)點(diǎn)的x、y、z三軸方向

2、發(fā)動(dòng)機(jī)后懸置：在發(fā)動(dòng)機(jī)端和車架端配對(duì)布置測(cè)點(diǎn)并盡量靠近懸置膠套

3、發(fā)動(dòng)機(jī)左懸置：在發(fā)動(dòng)機(jī)端和車架端配對(duì)布置測(cè)點(diǎn)并盡量靠近懸置膠套

4、發(fā)動(dòng)機(jī)右懸置：在發(fā)動(dòng)機(jī)端和車架端配對(duì)布置測(cè)點(diǎn)并盡量靠近懸置膠套

5、發(fā)動(dòng)機(jī)

轉(zhuǎn)速（r/min）

----

從圖2-3分析可看出，懸置振動(dòng)傳遞比較差(此處加速度單位已作過(guò)轉(zhuǎn)換)，尤其在Z向，這也是人體感受最明顯的方向，同時(shí)1500r/min左右最為明顯。

  圖2-3 全油門加速前懸置振動(dòng)情況（Z向）

對(duì)前副車架進(jìn)行振動(dòng)頻譜以及傳遞函數(shù)（FRF）分析。測(cè)試工況與摸底測(cè)試工況一致，分別在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋上、后懸置輸出端即前副車架、駕駛員位置、副駕駛位置、駕駛員玻璃窗以及后排座椅等地方布置振動(dòng)傳感器布置，構(gòu)成一個(gè)振動(dòng)傳遞路徑，測(cè)試結(jié)果如圖2-4所示。

圖2-4（a）是車身各處在1500r/min左右的振動(dòng)頻譜圖。從圖上可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)、前副車架、地板在50Hz附近同時(shí)達(dá)到最大峰值，可以說(shuō)地板在50Hz的振動(dòng)很可能是由于發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)前副車架引起的。對(duì)前副車架進(jìn)行傳遞函數(shù)分析，如圖2-4（b）所示，在50Hz附近的傳遞函數(shù)遠(yuǎn)大于1，接近29，這說(shuō)明整個(gè)前副車架系統(tǒng)對(duì)50Hz的振動(dòng)有明顯的放大作用。而50Hz又與1500r/min的發(fā)火頻率相符合，即發(fā)動(dòng)機(jī)在1500r/min時(shí)，50Hz的振動(dòng)幅值最大，雖然發(fā)動(dòng)機(jī)的懸置亦會(huì)對(duì)其振動(dòng)進(jìn)行一定程度的衰減，但因?yàn)檎麄€(gè)前副車架系統(tǒng)的放大作用，整個(gè)前副車架上的50Hz的振幅較大，從而影響了整個(gè)車身的低轉(zhuǎn)速振動(dòng)。

（a）半油門加速測(cè)試各點(diǎn)頻譜分析

（b）前副車架振動(dòng)傳遞函數(shù)分析

圖2-4 前副車架頻譜及傳遞函數(shù)分析

2.3 整車NVH性能測(cè)試初步診斷結(jié)論

通過(guò)摸底測(cè)試以及聲振傳遞路徑分析，該車在1500r/min低轉(zhuǎn)速工況下的共振現(xiàn)象是由發(fā)動(dòng)機(jī)工作產(chǎn)生的不平衡的力或力矩，經(jīng)懸置系統(tǒng)傳至副車架，然后引起車身振動(dòng)，在車內(nèi)形成聲振耦合而產(chǎn)生共振現(xiàn)象。并且該發(fā)動(dòng)機(jī)是直列四缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)在1500r/min時(shí)二階振動(dòng)的激振頻率為50Hz，由摸底測(cè)試知道，動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)（包括副車架）的激振頻率，這是產(chǎn)生共振的最根本原因。

綜上所述，該汽車在低轉(zhuǎn)速車內(nèi)共振問(wèn)題是由發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)（包括前副車架）的振動(dòng)引起的，所以要對(duì)懸置系統(tǒng)作優(yōu)化改進(jìn)，以提高整車的NVH性能。

3 一般技術(shù)流程

  工程中經(jīng)常遇到對(duì)整車NVH性能測(cè)試與診斷問(wèn)題，工程人員一般都是根據(jù)自己的工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)整車NVH性能做出初步診斷。這樣經(jīng)常導(dǎo)致工作效率降低，診斷結(jié)論與實(shí)際問(wèn)題不一致。本章結(jié)合對(duì)某國(guó)產(chǎn)乘用車的整車NVH性能初步診斷，總結(jié)出對(duì)整車NVH性能測(cè)試與診斷的一般技術(shù)流程，如圖3-1所示，希望對(duì)工程應(yīng)用產(chǎn)生實(shí)際的效果。

圖3-1 整車NVH性能摸底測(cè)試與診斷一般技術(shù)流程

4 結(jié)論

本文從某國(guó)產(chǎn)乘用車實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，對(duì)整車NVH進(jìn)行了摸底測(cè)試，介紹傳遞路徑分析的基本原理，并運(yùn)用聲振傳遞路徑法對(duì)該車進(jìn)行了分析，得出了該車在低轉(zhuǎn)速尤其是1500r/min時(shí)，車內(nèi)共振的初步診斷結(jié)論。

通過(guò)分析得到了如下結(jié)論（1）通過(guò)對(duì)傳遞路徑分析基本原理的闡述，了解到要進(jìn)行傳遞路徑分析主要做的工作有兩方面：一是工作載荷的獲取，二是路徑頻響函數(shù)的獲?。唬?）通過(guò)摸底測(cè)試和傳遞路徑分析方法，初步判斷出造成某國(guó)產(chǎn)乘用車低轉(zhuǎn)速時(shí)車內(nèi)共振現(xiàn)象是由動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)振動(dòng)引起的；（3）依托本項(xiàng)目建立了整車NVH性能摸底測(cè)試與診斷的一般技術(shù)流程。

作者：楊明亮  丁渭平

作者單位：（西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車工程研究所  成都  610031）