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1、基于传递路径分析的汽车车内噪声控制方法研究 中国汽车工程学会年会论文集 赵彤航卢炳武 中国第一汽车集团公司技术中心 【摘要】 本文阐述了基于传递路径的车内噪声分析方法。结合某国产轿车车内噪声较大的问题，建立了整车车内噪声 传递路径分析模型，识别出影响车内噪声的主要噪声源，为该车车内噪声控制途径提供了改进方案，取得较好的降噪效果。 【关键词】汽车车内噪声传递路径分析噪声识别控制 ， 娟 ： ， ， ： ， ，在频域上该系统可表达为 引言 日 （） 简单来说，传递路径分析原理就是获得系统的传递函 随着我国汽车工业的高速发展，人们对汽车的要求已不仅仅满足于行驶和装载，汽车的乘坐舒适性已日益成为新车型
2、开发的重点任务。车内低噪声要求是乘坐舒适性的重要指标之一，较高的车内噪声不但增加了驾驶员和乘客的疲劳，而且对行车安全也有着重要影响。因此，在汽车新产品开发中如何降低车内噪声来提高乘坐舒适性已成为非常重要的环节。 汽车噪声控制技术常用的有两种方法：一种是基于数值计算的方法，另一种是基于试验测试的方法，二者各有自己的优点和局限性。基于数值计算的方法通过计算仿真来模拟振动噪声特性，便于对结构进行修改、预测和优化，节约成本，但常因边界条件设定不足及模型简化处理而不能正确反映结构的实际特征。而试验测试方法结果直观，数据准确，能直接反映汽车结构特性，但在结构优化控制上不足，常需根据经验来修改结构。近年来，
3、国际上一些学者和研发公司开始寻找振动噪声测试软件和其他性能分析软件之间的通用性，建立“虚拟试验室”这样的软件，试图打破计算与试验问的界线。传递路径分析方法是其中一种将试验数据与仿真计算相结合起来分析汽车振动噪声的方法。目前，关于传递路径分析方法的研究在国内外正在兴起。 本文阐述了传递路径分析方法原理，并以此为基础对某国产轿车车内噪声过大问题进行噪声源识别及采取针对性的减振降噪措施，取得了满意的降噪效果。 数，从而在系统受到激励时，可通过式（）计算出系统产生的响应。而当系统受到多个激励作用时，其所产生的总响应实际上是各个激励通过其相应传递函数产生的分量响应的叠加，每个激励与其传递函数就组成了系统
4、响应的一条传递路径，则根据式（）就可比较出各个传递路径对系统响应的贡献大小，从而识别出系统响应的主要来源。 实际上，复杂系统通常可认为由多个子结构或部件组成，各个子结构之间通过一些元件相连接（如汽车系统中车身与发动机通过弹性悬置相联），系统的传递函数与各个子结构及连接元件的传递特性有关。 车内噪声传递路径分析模型 汽车是一个复杂系统，受到多种振动噪声源的激励，每种激励都可能通过不同的路径，经过衰减，传递到多个响应点上。对车内噪声来说，从性质上可将其分为两种来源（图）：一种是发动机表面辐射噪声、进气噪声、排气噪声等通过车身壁板、车门窗上的孔、缝隙等直接传人车内，这部分噪声称为空气传播噪声（）；另
5、一种是发动机振动、路面激励等通过车身连接点传递给车身，从而使车身壁板振动向外辐射出噪声，这一部分噪声称为结构传播噪声（）。进行车内噪声分析时，必须对这两种噪声来源综合考虑，从中找出最具影响力的噪声源，才能有针对性的实施降噪措施。 将所分析的汽车看作一个系统，并把其分成两个子结构。其中，汽车车身（包括整个乘坐室）为子结构，发动机室（包括发动机、变速器、进排气系统等）为子结构，整车系统的目标或输出为车内参考点处噪声。相应地，两个子结构之间的关联方式有两种途径：一是连接动力总成与车身的 数学原理及建模 传递路径分析原理 对于一个线性系统来说，设其输人激励为以），输出响应为并（），则其输入与输出之间关
6、系称为系统的传递函数 中国汽车工程学会年会论文集 各个发动机悬置，它们将发动机输出的振动传递给车身，从种隔声、吸声措施及汽车内饰，这些部件影响着发动机、进而使车身壁板振动向车内辐射噪声；另一是发动机室内的各排气口等辐射出的噪声透入到车内的大小。 发动机前左悬置向激励悬置 ，向激励悬置发动机左侧噪声 向激励悬置发动机右侧噪声 发动机前右悬置一鞘一鞘一鞘一 发动机上方噪声 向激励悬置结构空气 传播传播 向激励叫悬置发动机下方噪声 一一 向激励一悬置发动机前方噪声 一 发动机后悬置一鞍一鞘一辑一发动机后方噪声 向激励叫悬置总噪声 一一 向激励悬置 一一 向激励悬置一鞘一辑一勒 图车内噪声传递路径示意
7、图一面一一至一一旦一一一进气系统噪声排气系统噪声 假设整个系统是线性的，各个传播路径彼此间的影响弱用激励与传递函数相乘积，从而得出各条路径传递到车内的化成不相关，各噪声传播路径导致的结构传播噪声和空气传噪声仿真信号，所有计算结果的叠加即为车内总噪声仿真。播噪声的总和即为车内总噪声，可表达为车内噪声仿真的意义在于，可用仿真结果来代替实测噪声信 删。”弓，号进行更复杂的分析，从而可评估各路径对车内噪声的贡献 ，。?，。耳。，?。一。（）大小，以便有针对性地进行结构修改；在所需修改结构还没 式（）中，右端第一项为结构传播噪声，下标表示从有制造出物理样机前，可虚拟出修改后的结构特性曲线，并第个悬置传递
8、而来，每个悬置又分为戈，三个方向激将之代人模型中进行再次仿真，从而迅速判断出结构修改对励；右端第二项为空气传播噪声，下标表示从第个空气车内噪声的影响并进行优化设计，对减少产品开发周期、节噪声源传递而来，如图所示。约产品开发成本起到重要作用。 如前所述，在结构传播噪声传递路径上，发动机产生的 振动激励，通过发动机悬置的衰减或放大作用，传递到车身车内噪声传递路径试验及数据分析 连接点上并表现为力激励，此力再通过车身传递到各处使得 车身壁板振动从而辐射出噪声，即结构传播噪声传递路径与实车道路行驶的车内噪声试验 三部分结构有关：发动机悬置、车身连接点的阻抗及车身壁开展降噪工作前，需对被试样车车内噪声情
9、况进行摸底板辐射噪声特性。悬置的传递特性可通过测量悬置两侧的振试验，试验方法依据（声学汽车车内噪声动加速度信号并在频域进行处理分析获得，车身连接点的阻测量方法进行。图试验结果表明，该车车内噪声过大，抗及车身壁板辐射噪声特性可通过力锤或激振器激振法获得，匀速行驶工况下车内噪声达到（），比同三者的逐级传递即为结构传播噪声传递函数，其表达式为类型竞争对手车高出（）。 ，。，皿，。（）人耳对噪声的反应除了数值大小外还与噪声所在的频率 在空气传播噪声传递函数实际测量过程中，使用噪声信有关。为进一步研究车内噪声的组成成分，将所采集到的匀号发生器及体积声源来测量是较好的办法。将声源逐次布置速行驶噪声试验数据
10、在频域上进行倍频程频谱分析，部在图中所述的八个主要空气传播噪声源附近，信号发生器分试验结果如图所示。从图中的频谱曲线可知，在发出白噪声，用传声器记录下声源发出的噪声信号及在车内中低频范围噪声谱值较高，是该车车内噪声能参考点接收到的噪声信号，经过频谱分析得出每个主要噪声量主要聚集区域，即此频率范围的噪声成分在车内噪声中起源到车内参考点的空气传播噪声传递函数，其数学表达式为到支配作用，是该车降噪工作的重点频段。 马柚鲁崆 （）车内噪声传递路径试验 在声源布置不方便的情况下，也可根据互易原理，在车根据第节所建立的车内噪声模型，利用一汽技术中内参考点处发出白噪声，在噪声源附近接收噪声，从而计算心整车半
11、消声室的转毂试验台进行车内噪声传递路径试验。出空气传播噪声传递函数。在试验过程中采用了德国公司生产的振动噪 得到结构传播噪声和空气传播噪声各路径的传递函数声测量分析系统，其系统组成包括：型多通后，只要再测出各个噪声源产生的激励，根据线性系统原理道数据采集前端；分析软件；人工头； 中国汽车工程学会年会论文集 型传声器；一型三向振动加速度传感器；霍尔转速测量装置等。 匀速行驶车内噪声水平 勺 螺 崮 忸 车速） 图匀速行驶车内噪声水平比较 匀速行驶车内噪声倍频程频谱 匀速行驶车内噪声，倍频程频谱 罩 蓄 忸 睽坦晕图车内噪声倍频程频谱分析 车内噪声传递路径分析需要进行以下五项试验：求取发动机动力总
12、成悬置传递函数；求取悬置处车身侧的加速度阻抗；求取车身壁板辐射噪声特性；求取空气传播噪声传递函数；测量车辆在实际运行工况下各振源和噪声源的激励信号。按照上述方法，将各路径的传递函数和不同工况下的实际激励代入模型中，通过计算模拟出车内噪声信号。为验证模型的仿真效果，将部分工况下的车内实测噪声信号与仿真结果在频域展开进行对比，如图所示。 ， 曩目曩圈霆羹霪囊冀。 ）?、 图加速行驶过程车内噪声转速跟踪实测结果与仿真结果频谱对比分析 ）实测结果）仿真结果 中国汽车工程学会年会论文集 从图中实测结果与仿真结果对比来看，实测结果与仿真结果的频谱分布情况是比较吻合的，尤其在车内噪声主要阶次成分或噪声峰值频
13、率上，二者非常接近，说明所求取的传递函数能代表该车实际特征，可利用仿真结果来进行车内噪声源识别。 行驶过程为例，将车内噪声仿真信号分解成结构传播噪声和空气传播噪声，其噪声频谱分析如图所示。 从图可见，结构传播噪声和空气传播噪声所起作用的频 率范围是有区别的。空气传播噪声频谱上中频范围谱值较小，在阶次成分上主要表现为附近的阶点火噪声成分，其余阶次成分并不明显，说明该车隔离空气传播噪声的效果较好。而结构传播噪声频谱在范围噪声谱值较大（颜色较明亮），并且除了阶噪声成分外，在中频范围还呈现多条噪声阶次线，与车内总噪声的噪声阶次分布相同，说明该车车身较弱，车身壁板辐射出较大的结构传播噪声。因此，降低该车
14、中频噪声的重点是降低结构传播噪声。 ， 基于传递路径分析的车内噪声源识别 如前所述，车内噪声是由结构传播噪声和空气传播噪声组成的。因此，首先把车内噪声仿真信号向这两个大方向分解，观察结构传播噪声和空气传播噪声在该车车内噪声中的主要影响频率范围，从而明确噪声控制的主要方向。以加速 兀、（，） （，） 湖 湖 猢 妻； 如如 加 如 瞳日啊瞳蕊圈辫霎篓 ） ；？（ （） ； 曩啊日啊隧麓麓嚣震辫？ ） 图加速行驶过程车内总噪声向结构传播噪声 及空气传播噪声分解对比图 ）车内总噪声）结构传播噪声）空气传播噪声 由发动机动力总成和汽车车身组成的双子结构汽车模型中，发动机悬置的每一个方向都被当做是一个独
15、立的能量传递路径，每个路径都对最终车身振动从而产生的结构传播噪声有着不同的贡献大小，图即为某工况 下的路径贡献比较。从图中分析比较可知：前左悬置向路径、后悬置向和向路径是车内噪声最为重要的传递路径，也就是说，车内噪声降噪途径应以这条路径作为重点降噪方向。 上述的路径贡献分析都是以频率函数的形式表达出来的。在查找车内噪声主要来源过程中，需要将每个方向（或 路径）上的频谱结果中每个频率下的谱值进行对比来识别其贡献大小，这是一个非常繁琐的过程。对于主要关心的频率 中国汽车工程学会年会论文集段，可通过在频域上计算该频段对应各个幅值的均方根平方由于试验样车的车内噪声能量主要集中在和总值的方法来识别车内噪
16、声主要来源，即频率范围，在此频段上对不同路径进行频段贡献 仃分析，如图所示。其中左图为结构传播路径的频段贡 置日）（）献，从图中可见，前左悬置；向路径、后悬置向路径和或仃。胃瓴）厂丌一：向路径这三条路径的贡献值最高，对车内噪声所起到的 （）影响最为明显，是该车车内噪声降噪工作中需重点关注 式中，为指定频率范围内的谱线数；仃表示函数在指定的控制方向。右图从悬置整体结构的角度出发来分析其频率范围的均方总和；而仃。为仃的平方根值。在频率范围的贡献大小。从图中可知，三个 将上式进一步延伸，还可扩展到对相同类型的个频率悬置中后悬置传递路径对车内噪声的综合贡献最大，其函数总贡献的评估值，其公式可表达为次是
17、前左悬置，而前右悬置相对来说贡献是最小的。因 厂百一此从路径贡献传递函数来看，后悬置传递路径是需要重卜（仃（）（）点改善的路径。路径贡献传递函数罄 丑藿 幅量出 蠹茬 瑟 聚 暹足足匣尽喧足詹旧极投椒椒牝佼椒 捌卿制倒鲫卿喇 踊龋啪嘲踊娟蛹 心埘榭橱摇协娶 、 图施加降噪措施前后部分传递函数曲线比较）后悬置，向传递率比较）后悬置向传递率比较 中国汽车工程学会年会论文集 、一一一一一，、?、：、一? 靶趱麓辩厦。！。皇。拄：、冀翟势觚蕉、：。 ：“澎迷。：，。紫紧一；、 一。二、。一一一一一一。：。，慕 ） 图施加降噪措施前后部分传递函数曲线比较（续） ）前左悬置向路径传递函数比较）后悬置向路径
18、传递函数比较 前排噪声倍频程频谱）后排噪声，倍频程频谱（） 厂、 厂一。，、。 、 罩 趟 。姐 术耿肆哚佰飕 图采取降噪措施前后匀速行驶车内噪声倍频程频谱比较 （）一 北 队 酞 驮 驮 北 驮 酞放 频率频率 图采取降噪措施前后加速行驶车内噪声转速跟踪彩色等高图比较 车内噪声中除了剩下的阶点火噪声成分还比较显著外，准时，工程人员能够快速、准确地找出关键路径，从而中低频范围原有多且杂乱的噪声阶次成分已被消除有的放矢地改进设计。更为重要的意义在于，一旦基于或明显削弱，噪声谱值降低很多（图中表现为颜色变暗了）。乘现有车型的整车传递路径分析模型建立起来，那么在研员乘坐后的主观评价也表明，采取降噪措
19、施后该车车内噪声明发新车型的早期阶段，就可将传递路径分析方法与显好转，车内语言交流清晰程度明显提高，同时整车振动情况数值计算方法相结合，把计算得到的新结构特性函数代也得到较好改善，进一步说明了所用降噪措施的有效性。人模型中，从而通过预测到的系统响应来辨识结构修改结束语的优劣，为新车型开发节省研制成本，缩短产品开发 周期。 运用传递路径分析方法，在汽车振动和噪声响应超出标 参考文献 ，?（）： ， 中国汽车工程学会年会论文集， 社，张立军，靳晓雄，等轿车车内噪声源识别的道路试 验方法汽车工程，（）： 刘东明，项党，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，：，（）：?，（）：庞剑，谌刚，何华汽车噪声与振动一理论与应用 北京：北京理工大学出版社，李淑华车内减振降噪技术的研究汽车科技，：何渝生汽车噪声控制北京：机械工业出版