车内噪声传递路径分析方法探讨

第 27 卷第 3 期2007 年 9 月振动、测试与诊断 Jou rna l of V ib ra t ion,M ea su rem en t & D iagno sis V o l 27 N o. 3 . Sep. 2007 车内噪声传递路径分析方法探讨郭荣万钢赵艳男周江彬 ( 同济大学新能源汽车工程中心上海, 201804) 摘要为了指导汽车NV H 工程师更好地进行故障诊断和声学设计, 介绍了传递路径分析 ( T PA ) 方法的基本原理, 详细分析传递函数和激励力的测量方法, 并以某型汽车发动机振动噪声向车内传递为例, 介绍 T PA 方法的应用。试验结果表明, 应用 T PA 方法可有效、方便地进行噪声源识别和贡献分析。关键词车内噪声传递路径分析传递函数激励力贡献分析中图分类号U 461. 3 引言近年来, 人们对汽车行驶时的NV H 性能, 即噪声 (N o ise ) 、振动 (V ib ra t ion ) 、舒适性 (H a rshness) 越来越关心和重视, 车内的低噪声设计已成为产品开发中的重要研究课题[ 1 ]。传递路径分析 ( T ran sfer Pa th A na lysis, 简称 T PA ) 是一种以试验为基础的方法, 可让NV H 工程师寻找声源通过结构或空气传递到指定接受位置的振动——声学功率流。 PA 经常是与部分贡献的概 T [1 ] 念相联系的。这是由于传递路径分析中假设: 来自不同路径的所有部分贡献构成了总响应。对传递路径分析方法和应用许多研究者进行了大量的研。 1993 年, 文献 [ 1 ] 使用互易性机械2声学传递函数测量方法, 进行结构传递噪声诊断。1996 年, P. J. [2 ] G. van der L inden 等和 1997 年 W im H end ricx [ 1- 11 ] 的影响。文献 [ 8 ] 基于 T PA 技术提出了子系统目标设置方法, 即将系统级 NV H 目标分解到子系统级目标, 并以道路噪声问题描述该方法的应用。文献[ 9 ] 提出了基于传递路径矩阵转置的车身板件噪声贡献分析方法。 2005 年, 文献[ 10 ] 应用试验方法研究中频结构传递噪声, 通过阻抗方法和最小平方方法估计路径上的作用力, 并研究不同路径结构噪声的等级排序方法。文献 [ 11 ] 应用传递路径方法分析不同车身板件对车内噪声的贡献, 将驾驶舱分割成 7 个板件, 每个板件又分成20 个子板件。该文应用互易法测量空气声传递函数, 引入了新型传感器 ( 声学速度传感器) 阵列测量板件振速。当前, 系统的 T PA 方法在国外应用较为广泛而且还在不断发展, 我国汽车 NV H 领域应用还刚起步。本文将介绍 T PA 的基本原理, 详细分析传递函数和激励力的测量方法, 并以某型国产轿车为例介绍该方法的应用, 以期指导和帮助汽车NV H 工程师进行故障诊断和声学设计。Ξ 究等[ 3 ] 介绍空气传播声量化方法基本原理, 分析不同车身板件对车内噪声的贡献。 1999 年, 文献 [ 4 ] 引入间接力估计技术, 并把它应用于汽车传递路径分析。文献 [ 5 ] 提出了双通道传递路径分析 (B T PA ) 方法, 可用于汽车声品质、声学设计和故障诊断。 2003 年, 文献 [ 6 ] 介绍了 H ead 公司开发的用于 1基本原理 [1 ] T PA 方法的基本原理基于假设 : 来自不同路径的所有部分贡献构成了总响应 Pk = 测量声学传递函数以及结构2声学传递函灵敏双通道声源 ( 或称人工头扬声器) , 并把它可用于双通道传递路径分析。文献[ 7 ] 应用 T PA 方法研究发动机声品质, 研究不同部件改进对曲柄隆隆声主观感觉Ξ ∑P i, j ijk ( 1) 其中: P k 为乘员位置 k 处的总声压; P ijk 为传递途径 i 在 j 方向对乘员位置 k 总声压的部分贡献。 P ijk = H ijk S ij ( 2) 国家“八六三” 基金资助项目 ( 编号:

2005AA 501000) 。收稿日期: 2006206215; 修改稿收到日期: 2006208209。 200 振动、测试与诊断第 27 卷其中: H ij k 为传递路径 i 上 j 方向到乘员位置 k 的传递函数, 结构2声学传递函数或声学传递函数; S ij 为传递路径 i 上 j 方向上的实际激励。由公式 ( 2) 可知, 传递路径分析需进行传递函数和实际激励测量。 2传递函数测量 211力锤激励法 212互易性方法力锤激励法主要用于测量结构2声

学传递函数。测量时, 装有力传感器的力锤在靠近悬置的位置激励, 麦克风安放在乘

员耳侧采集声信号。力锤应该使用标定过的力锤, 锤头一般使用钢头, 但是如果希望

在低频获得比较好的结果, 也可以使用塑料头或橡胶头。通常一个位置敲 6 8 次, 最后的结果求平均。～结构2声学传递函数[ 1 ] 如下 H m aijk = P ijk f ij ( 3) 其中: H m aijk 为结构2声学传递函数; f ij 为传递路径 i 上 j 方向上的激励力。线性弹性系统内, 某一点的振动激励会在另一点产生响应。一般, 如果系统是被动的和时不变的, 振动

传递不随激励点和观测点的位置交换而变化, 这样一个系统就是互易的。换句话说, 互易性表示某一方向的传递路径等于相反方向的传递路径, 该原理在机械、电学、声

学系统以及混和系统内是有效的[ 6 ]。 1860 年, H elm ho ltz 通过研究管道声传递首次提出声学互易性测量方法。 1873 年, R ayleigh 得出了一般意义上的互易性理论。1959 年, L yam shev [ 12 ] 对假设进行了正式验证, 他认为任何振动结构都可包含在互易系统内, 给汽车NV H 领域 T PA 方法的应用铺平了道路。此后, 互易法在结构2

声学传递函数 [ 1, 6 ] 和声学传递函数 [ 2, 6, 11 ] 测量中得到了应用。 21211结构2声学传递函数对于结构2声学传递函数测量来说, 体积声源安放在驾驶室内, 车身悬置点 ( 或车身板件上) 上安放加速度传感器拾振。与传统的锤击方法不同, 采用互易

法所有连接点的加速度可同时测量。结构2声学传递函数基于如下关系 ( 4) H m aijk = P ijk f ij = v q k 其中: v 为表面振动速度; qk 为麦克风位置 k 处的体积速度。安放在驾驶室中的声源必须满足如下的要求: a. 声源近似为多方向辐射噪声的点源; b. 声源必须能够激发出高幅值低频噪声, 以使各点处有可测量的加速度; c. 声源的有效体积

速度必须精确地测量。 212. 2声学传递函数声学传递函数主要用于分析空气传播噪声, 测量方法类似于结构2声学传递函数, 具体如下: 声源放置在驾驶室内, 麦克风测

量噪声源 ( 例如发动机) 近场噪声。由于空气传播噪声主要以中高频为主, 所当然由

于互易性, 激励位置和测量位置可以互换, 本文实例中对该方法详述。以声学传递函

数测量对声源没有高幅值低频要求。3激励力测量方法实际激励可为力或体积速度。体积速度测量在身板件贡献分析中应用较多, 测量方法有点- 点表面采样法、矩阵转

置法和声强测量法。限于篇幅, 为了结合实例, 本文只对激励力测量方法做分析。实

际激励力经常通过间接方法估算得到, 而不是直接测法。前者需要知道悬置刚度矩阵, 而第 2 种方法则无此要求。 311悬置刚度方法量, 目前有两种方法: 综合刚度方法

和矩阵转置方对于传递路径来说, 激励位置到接受位置是通过悬置相连的, 实际力可

通过悬置综合刚度矩阵 k (w ) 和悬置上下支点间位移差得到。 ( 5) f i (w ) = K (w ) (X i (w ) - X t (w ) ) 其中: f i (w ) 为传递路径 i 上的实际力; K (w ) 为悬置刚度矩阵;